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隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展和深入，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能和可靠性成為新的挑戰(zhàn)。其中內(nèi)存管理在整個(gè)系統(tǒng)性能中占據(jù)著重要的地位，Linux內(nèi)存管理也是Linux操作系統(tǒng)得以誕生和發(fā)展的基礎(chǔ)。Linux內(nèi)存管理模塊又包含了許多重要的機(jī)制，其中就包括延遲分配機(jī)制。
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一、Linux內(nèi)存管理概述
在Linux內(nèi)存管理中，操作系統(tǒng)通過(guò)“頁(yè)表”來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)存的管理。頁(yè)表管理的是虛擬內(nèi)存和物理內(nèi)存的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將進(jìn)程虛擬地址空間對(duì)應(yīng)在物理內(nèi)存上。
頁(yè)表是存儲(chǔ)頁(yè)框物理地址的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，CPU訪問(wèn)內(nèi)存時(shí)通過(guò)頁(yè)表將虛擬地址映射為物理地址。在實(shí)際使用過(guò)程中，若一個(gè)進(jìn)程使用了比較大的內(nèi)存，但實(shí)際上只使用了部分內(nèi)存，則采用“分頁(yè)”的方式，將未使用的內(nèi)存放到“臨時(shí)磁盤(pán)空間”中，以釋放內(nèi)存空間，提高系統(tǒng)的內(nèi)存利用率。
二、Linux內(nèi)存分配的常見(jiàn)方式
在Linux中常用的內(nèi)存分配方式有如下幾種：
1、伙伴算法
伙伴算法把具有2^n個(gè)連續(xù)頁(yè)框的內(nèi)存塊作為一個(gè)頁(yè)框塊，通過(guò)將內(nèi)存塊不斷拆分為兩個(gè)更小的塊并進(jìn)行合并，來(lái)管理大量的空閑頁(yè)框。
2、Slab機(jī)制
Slab機(jī)制是Linux標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核中對(duì)內(nèi)存分配的一個(gè)關(guān)鍵性的組件。Slab機(jī)制將需要經(jīng)常創(chuàng)建和刪除的數(shù)據(jù)對(duì)象放在高速緩存中，以便重用。這樣可以減少頻繁的內(nèi)存分配和釋放操作，提高內(nèi)存管理效率。
三、linux內(nèi)存延遲分配機(jī)制
Linux內(nèi)核中的進(jìn)程內(nèi)存請(qǐng)求通常要等待物理內(nèi)存可用時(shí)才進(jìn)行內(nèi)存分配操作。為避免出現(xiàn)內(nèi)存分配失敗，Linux內(nèi)核采用延遲分配機(jī)制。
1、延遲分配機(jī)制的作用
延遲分配機(jī)制的作用是在內(nèi)存分配之前僅僅得到內(nèi)存空間的承諾，而不是把物理內(nèi)存真正分配給進(jìn)程。只有在進(jìn)程需要這部分分配好的內(nèi)存時(shí)，內(nèi)核才去分配一個(gè)或一組物理內(nèi)存頁(yè)框。
2、延遲分配機(jī)制的原理
Linux內(nèi)核中采用了兩種形式的延遲分配機(jī)制操作：
（1）Slab延遲分配
Slab機(jī)制是Linux中一種內(nèi)存分配機(jī)制，同時(shí)也是延遲分配機(jī)制的重要方式之一。Slab目錄項(xiàng)中的 參考計(jì)數(shù)器用來(lái)跟蹤每個(gè)Slab實(shí)例在進(jìn)程中的使用情況，以此來(lái)判斷是否應(yīng)該回收這個(gè)實(shí)例所占用的內(nèi)存。如果參考計(jì)數(shù)器值為0，就表示該Slab實(shí)例已經(jīng)被放到待回收目錄項(xiàng)列表中。在條件允許的情況下，將會(huì)刪除所有空閑的Slab實(shí)例所對(duì)應(yīng)的對(duì)象，從而釋放相關(guān)的物理內(nèi)存頁(yè)框。
（2）頁(yè)緩存
在高并發(fā)訪問(wèn)下，一些數(shù)據(jù)可能需要頻繁地從物理磁盤(pán)讀取，此時(shí)將這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存中可以提高讀寫(xiě)性能。Linux的頁(yè)緩存機(jī)制即是通過(guò)延遲分配機(jī)制來(lái)緩存磁盤(pán)數(shù)據(jù)。
當(dāng)內(nèi)存不足時(shí)，Linux會(huì)試圖從頁(yè)緩存中回收一部分?jǐn)?shù)據(jù)和相應(yīng)的內(nèi)存頁(yè)框，以節(jié)約物理內(nèi)存。頁(yè)緩存通常可以節(jié)約一些物理內(nèi)存，提高讀寫(xiě)響應(yīng)速度。
四、
隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景的不斷拓展，內(nèi)存管理的重要性也越來(lái)越凸顯出來(lái)。通過(guò)對(duì)Linux內(nèi)存管理的實(shí)現(xiàn)原理和機(jī)制的細(xì)致分析，我們可以更加深入地理解Linux操作系統(tǒng)之所以能夠被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域的根本原因。同時(shí)，對(duì)于提高系統(tǒng)的性能和可靠性，合理的內(nèi)存管理也扮演著不可或缺的角色。Linux內(nèi)存延遲分配機(jī)制作為L(zhǎng)inux內(nèi)存管理的重要一環(huán)，有助于減少內(nèi)存的浪費(fèi)和提高內(nèi)存利用效率。
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Linux 在拿到一大塊內(nèi)存后（譬如是64MB內(nèi)存），先將其看作是好多個(gè)連續(xù)排列的 4MB 內(nèi)存。
那么如果程序請(qǐng)求1MB的內(nèi)存，那么內(nèi)存分配操作邏輯如下：
這個(gè)算法就是所謂的 binary buddy 分配算法。
在 Linux 中，這個(gè)二分法最小分割到悶攔 4096 字節(jié)，也就是一個(gè)頁(yè)的大小。
因此總共有 11 種大小，分別為 4KB，8KB，……4MB。
其中 4KB 為 order 0，4MB 為 order 10.
我們稱其 max order 為 12，有些資料會(huì)提到這個(gè)概念。
以薯罩液上這些信息可以在 /proc/buddyinfo 上查看，其格式大概是這樣：
buddy 在上面這種情況下，有些被分為小塊內(nèi)存，那么數(shù)物就會(huì)存在內(nèi)存碎片的問(wèn)題。
/proc/pagetypeinfo
以上 buddy 管理的是不小于4K 的內(nèi)存分配，slab 則是管理小于4KB 的內(nèi)存對(duì)象。
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本文名稱：Linux內(nèi)存延遲分配機(jī)制詳解(linux內(nèi)存延遲分配)
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