Linux进程地址空间

1.虚拟内存

Linux操作系统采用虚拟内存管理技术，使得每个进程都拥有独立的进程地址空间，该地址空间为3G，用户看到和接触的都是虚拟地址，无法看到实际的物理地址。利用这种虚拟地址不但能起保护操作系统的作用，更重要的是用户程序可以使用比实际物理内存更大的地址空间。

Linux将4G的虚拟地址空间划分为两个部分：用户空间和内核空间。用户空间从0x00000000~0xbfffffff,内核空3G~4G,通常情况下，用户是不能访问内核地址空间，但用户进程通过系统调用访问内核空间。用户空间对应进程，所以每个进程切换，用户空间就跟着变化。把同一个程序同时运行10次会看到10个进程使用的线性地址一模一样。不一样的是其对应的页表和页目录。

创建进程fork()、程序载入execve()、动态内存分配malloc()的进程相关操作需要分配内存给进程，这是进程申请和获得的不是物理地址，仅仅是虚拟地址。

实际的物理内存只有当进程真的去访问新获取的虚拟地址时，才会由“请页机制”产生“缺页”异常，从而进入分配实际页框的程序。该异常是虚拟内存机制赖以存在的基本保证。它会告诉内核去为进程分配物理页，并建立对应的页表。这之后虚拟地址才实实在在地映射到物理地址上。

2.内核内存分配

2.1在应用程序中，常使用malloc函数进行动态内存分配。而在Linux内核中，通常使用kmalloc来动态内存分配。

kmalloc原型：

#include <linux/slab.h>

void *kmalloc(size_t size,int flags)

参数：

size：要分配内存的大小(分配的是实际的物理内存)；

flags：分配标志，用来控制kmalloc的行为。

分配标志

1.GFP_KERNEL:进程上下文中分配。当空闲进程太少时，kmalloc函数使当前进程进入休眠，等待空闲页的出现。(16M-896)

2.GFP_ATOMIC:进程上下文之外的代码（包括中断处理）中分配内存，从不睡眠。分配正确正确返回，分配错误错误返回。

3.__GFP_DMA:这个标志要求分配能够DMA传输的内存去(物理地址在16M以下的页帧)

4.__GFP_HIGHMEM:这个标志分配的内存位于高端内存。(896M以上的)

2.2按页分配(4k)

如果模块需要分配大块的内存，那使用面向页的分配技术会更好。

1).get_zeroed_page (unsigned int flags)

返回指向新页面的指针，并将页面清零。

2).__get_free_page(unsigned int flags)

和上一样，但页面不清零。

3).__get_free_pages(unsigned int flags)

分配若干个连续的页面， 返回指向该内存区域的指针，但不清零这段内存区域。

3.释放内存

当程序用完这些页，可以使用下列之一来释放他们：

void free_page(unsigned long addr)

void free_pages(unsigned long addr, unsigned long order)

4.内存使用

由上图知，分配物理内存的路线有3条：

第一条：来自app应用，如malloc分配内存，拿到内存的虚拟地址空间，但并没有分配物理页，当访问这个虚拟地址时，产生缺页异常，然后请页异常，然后从空闲的物理页里面找出物理内存单元分配给app。

第二条：来自内核，如kmalloc分配内存，然后slab先有物理内存，然后kmalloc分配内存。

第三条：来自内核，如vmalloc,类似于malloc。

*未完