2026W25技术:book-深入理解Linux虚拟内存管理-框架1.0

缘起

• 这本书其实之前（读过一下），但只是抄书，现在又不知道是啥了，最近在看另一本书（内存和进程时），正好有个电子书在电脑上，就稍微串了下体系
• 全书13章，我大概分为3部分，其实内容部分倒占比不多，占比多的是附录，目前代码都到7.x版本了，
• 用时34min，20260626，23:19-23:53，

  内容

• 分为3部分

  • 硬件抽象层，物理内存怎么管理（建立逻辑关系），
  • 资源分配层（内存充足时）
  • 异常处理层，内存不够时，怎么处理，

2.1、硬件抽象层（2-4章）

• chap02上来就是NUMA（这是cpu的架构），lscpu可以看出其有几个numa节点（nodes），
• chap03页表管理，struct page{}

  • 引入3层结构 (PGD, PMD, PTE)
    ，
• chap04进程地址空间，从进程的角度看（是有个固定的结构的），mm_struct，

  总结（自己串起来的逻辑是啥）

• 1、进程通过 mm_struct 管理其整个虚拟地址空间，系统调用 (mmap、 brk)，字段中有VMA的数量，
• 2、空间由若干个 VMA 组成，每个 VMA 描述一段连续的虚拟地址区域（vm_area_struct, 红黑树, 链表）
• 3、CPU 访问虚拟地址时，MMU 通过 页表 来查找对应的物理地址（这里有3层逻辑结构，PGD，PMD，PTE，
• 4、如果页表查找失败（比如没有映射），就会触发缺页异常。这是TLB机制，
• 5、内核响应异常时，会通过伙伴系统从合适的内存区域 (Zone) 中分配一个物理页框。主要应用是alloc_pages，
• 6、分配成功后，会更新 页表 (PTE)，并建立虚拟地址与物理页框的映射
• 7、内核通过 struct page 来管理所有物理页框。

2.2、资源分配层（5-8章）

• 内存初始化
  （建立个地图），chap05引导内存分配器，
• 物理页分配（连续与非连续内存）
  ，chap06物理页面分析，chap07非连续内存
• slab分配器
  ，chap08slab分配器

  总结（最终的几个调用场景，都会到）

• 1、缺页异常（匿名页），do_anonymous_page()→ alloc_zeroed_user_highpage()→ alloc_pages()
• 2、缺页异常（文件映射），do_fault()→ do_fault()→ alloc_page()
• 3、内核模块 kmalloc，kmalloc()→ SLAB/SLUB → 如果 SLAB 层没有空闲对象，调用 alloc_pages()
• 4、用户态 mmap，mmap()→ do_mmap() → 首次访问时触发缺页 → 同上
• 5、驱动申请 DMA 内存，dma_alloc_coherent() → alloc_pages()
• SLAB 是伙伴系统的上层封装
  ,

2.3、异常处理层（9-13章）

• 这部分没细看，只是建立一个框架
• 内存紧张，先回收
  ，Chap10页框回收（先回收不用的页）

  • LRU 链表、kswapd、内核线程、页面老化机制
• 内存紧张到，回收的空间也不够用
  ，Chap11交换管理（将匿名页换出到磁盘）

  • 回收到的空间不能直接丢弃，需要交换出去
    ，将内存页换出到磁盘上的交换分区（swap）
• 回收+交换，还不够用
  ，Chap13内存溢出管理（OOM Killer进程）
• 32 位系统访问大内存【硬件限制】
  ，Chap09高端内存映射

  • 32 位系统下，内核无法直接访问所有物理内存（>896MB）。如何访问高地址的物理内存？
  • 通过临时映射（kmap、kmap_atomic）将高端内存页框映射到内核虚拟地址空间。
• 进程间共享数据
  ，Chap12共享内存（VFS / tmpfs）

  • mmap基于 VFS 的实现，以及tmpfs、shmem等共享内存机制。

最后

• 初步整理，只是为了弄个框架，不然的话，直接看知识点有点脑壳疼，也没办法记住一些知识点，