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Linux操作系統(tǒng)是許多企業(yè)、機(jī)構(gòu)和開發(fā)者所青睞的操作系統(tǒng)。其作為一個(gè)靈活、可定制、具有高度可靠性和安全性的開源系統(tǒng)，被廣泛應(yīng)用于服務(wù)器、移動(dòng)設(shè)備、嵌入式設(shè)備等領(lǐng)域。而操作系統(tǒng)內(nèi)核是其最核心的組成部分，承擔(dān)著重要的任務(wù)，其中之一就是動(dòng)態(tài)地申請、釋放內(nèi)存。那么，本文將會(huì)詳細(xì)探究Linux內(nèi)核如何申請內(nèi)存。
1. Linux內(nèi)存管理
在正式介紹Linux內(nèi)核如何申請內(nèi)存之前，有必要提供一些背景知識(shí)，例如內(nèi)核如何管理內(nèi)存。
Linux內(nèi)核的內(nèi)存管理分為兩種狀態(tài)，分別為用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)。一般情況下，進(jìn)程都運(yùn)行在用戶態(tài)，而只有內(nèi)核線程和系統(tǒng)調(diào)用時(shí)才會(huì)進(jìn)入內(nèi)核態(tài)。內(nèi)核態(tài)下，內(nèi)核可以直接訪問物理內(nèi)存，不受任何用戶進(jìn)程的影響，并可運(yùn)行受保護(hù)的操作，例如為進(jìn)程分配內(nèi)存、分離已分配的內(nèi)存和在進(jìn)程之間共享內(nèi)存等。
而在用戶態(tài)，分配內(nèi)存時(shí)，Linux內(nèi)核提供了兩種方法，即伙伴算法和slab分配器：
（1）伙伴算法
伙伴算法將物理內(nèi)存按照2的冪級(jí)別，分割成一塊塊大小相等的頁框，如2的2次冪（即4KB）、2的3次冪（即8KB）、2的4次冪（即16KB）等。對于同一塊大小的頁框，將其視為一個(gè)整體，稱之為伙伴塊。例如物理內(nèi)存的一段連續(xù)空間，大小為8KB，則該段空間可以分為兩個(gè)伙伴塊，每個(gè)塊大小為4KB。當(dāng)內(nèi)核依據(jù)伙伴算法分配某一大小的內(nèi)存時(shí)，它會(huì)回退到該塊大小所在的二叉樹，然后分裂該塊，直到得到所需大小的伙伴塊。分配完成后，需要在頁面描述符中相應(yīng)的位圖中設(shè)置分配的頁面的狀態(tài)信息，并將其標(biāo)記為已分配。
（2）slab分配器
slab分配器將物理內(nèi)存按照大小為slab內(nèi)存塊的大小進(jìn)行分配。每個(gè)slab內(nèi)存塊都包含一定數(shù)量的頁框。當(dāng)內(nèi)核需要分配內(nèi)存時(shí)，slab分配器從一個(gè)全局的“slab鏈表”中找到可以滿足申請要求的內(nèi)存塊即可。每個(gè)內(nèi)存塊都保存一個(gè)對象緩存，對象緩存中包括用來管理內(nèi)存塊的結(jié)構(gòu)體和指向內(nèi)存塊的地址數(shù)組。slab分配器為內(nèi)存塊中的每個(gè)對象分配一個(gè)唯一的ID，并且使用該ID可進(jìn)行管理。一個(gè)對象緩存中的內(nèi)存塊被分配完之后，slab分配器會(huì)將其從全局的“slab鏈表”中移除，當(dāng)所有內(nèi)存塊都被釋放時(shí)，內(nèi)存塊會(huì)重新加入“slab鏈表”。
2. Linux內(nèi)核如何申請內(nèi)存
有了以上的背景知識(shí)，我們現(xiàn)在可以更深入地探究Linux內(nèi)核如何申請內(nèi)存。
對于內(nèi)核態(tài)，當(dāng)內(nèi)核需要申請內(nèi)存時(shí)，它使用kmalloc()和kmalloc_node()函數(shù)進(jìn)行內(nèi)存分配。kmalloc()函數(shù)用于在節(jié)點(diǎn)0（本地節(jié)點(diǎn)）分配內(nèi)存，而kmalloc_node()函數(shù)用于在特定NUMA節(jié)點(diǎn)上分配內(nèi)存。與用戶態(tài)下的malloc()和calloc()函數(shù)不同，kmalloc()和kmalloc_node()函數(shù)為內(nèi)核代碼提供了一種申請內(nèi)存的方法。
申請的內(nèi)存塊的大小通常由枚舉值的宏定義表示，如下所示：
#define GFP_KERNEL 0x00000002
#define kmalloc(size, flags) \
kmalloc_node(size, flags, NUMA_NO_NODE)
其中，flags參數(shù)值包括一個(gè)二進(jìn)制開關(guān)，控制內(nèi)存分配的類型。NUMA_NO_NODE參數(shù)表示在本地節(jié)點(diǎn)上分配內(nèi)存。
在Linux內(nèi)核中，標(biāo)準(zhǔn)操作是使用虛擬內(nèi)存，因此內(nèi)核采用vmalloc()函數(shù)來分配大塊內(nèi)存，大小通常大于4KB，但通常不會(huì)超過數(shù)GB。原因是因?yàn)閗malloc()分配的內(nèi)存必須與4KB頁面對齊，而vmalloc()不需要這個(gè)限制。雖然vmalloc()非常靈活，但它在分配內(nèi)存時(shí)需要使用一些額外的操作（頁表等），而這些操作會(huì)導(dǎo)致性能的下降。
3. 申請內(nèi)存的常見問題
在Linux內(nèi)核中，申請內(nèi)存也會(huì)遇到一些問題，例如內(nèi)存泄漏和溢出問題。
（1）內(nèi)存泄漏
內(nèi)存泄漏指由于錯(cuò)誤的代碼邏輯或不良性能而導(dǎo)致內(nèi)存被分配但不被釋放，導(dǎo)致可用內(nèi)存少了很多并影響系統(tǒng)性能。在Linux內(nèi)核中，內(nèi)存泄漏通常是由于代碼邏輯錯(cuò)誤或缺失的資源釋放代碼引起的。例如，當(dāng)一個(gè)結(jié)構(gòu)體分配了內(nèi)存，但在函數(shù)返回時(shí)沒有被釋放，這個(gè)內(nèi)存就無法被重新使用，進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。為避免這種情況，在代碼中應(yīng)該使用必要的內(nèi)存管理和釋放機(jī)制（通常使用kmalloc()和kfree()函數(shù)），并查找并糾正以前的代碼錯(cuò)誤。
（2）溢出問題
溢出指的是內(nèi)存的申請超出了內(nèi)存供應(yīng)的極限，可能導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。避免溢出問題方法之一是對正在使用的指針進(jìn)行有效識(shí)別，分配內(nèi)存的時(shí)候不要分配特別靠近內(nèi)存邊界的位置，因?yàn)檫@個(gè)位置很容易超出邊界進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)存溢出。
在Linux內(nèi)核中，內(nèi)存管理是一項(xiàng)重要的任務(wù)，Linux內(nèi)核的內(nèi)存管理分為兩種狀態(tài)，分別為用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)。Linux內(nèi)核提供了很多函數(shù)來分配和釋放內(nèi)存，如kmalloc()和kfree()函。雖然可以通過正確的內(nèi)存管理方式和避免內(nèi)存泄露和溢漏等問題來處理和優(yōu)化申請和釋放內(nèi)存的效率和用戶的體驗(yàn)。
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怎么看linux服務(wù)器內(nèi)存,linux查看服務(wù)器內(nèi)存使用情況
1.”linux查看服務(wù)器內(nèi)存大小，為您提供linux查看服務(wù)器內(nèi)存伍指大小圖文信息，使用cat/proc/meminfo命令查看linux系統(tǒng)內(nèi)存大小的詳細(xì)信息，如總運(yùn)胡內(nèi)存，剩余內(nèi)存、可使用內(nèi)存等信息。
2.使用df-h命令可以查看linux系統(tǒng)各分區(qū)的使用情況腔悄配。
3.使用free-m命令可以查看linux系統(tǒng)內(nèi)存使用量和交換區(qū)使用量。
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