1.linux?内内存ڴ?Դ??
2.值得一看的LINUX内核内存管理kmalloc,vmalloc
3.Linux内核编程--内存映射和共享内存
4.linux系统如何释放内存
5.Linux内核：内存管理——Slab分配器
6.一文搞懂Linux内核内存管理中的KASAN实现原理
linux?ڴ?Դ??
本文深入剖析了Linux内核源码中的内存管理机制，重点关注内存分配与释放的存源关键函数，通过分析4.9版本的管理源码，详细介绍了slab算法及其核心代码实现。源码在内存管理中，剖析slab算法通过kmem_cache结构体进行管理，内内存python教程源码利用数组的存源形式统一处理所有的kmem_cache实例，通过size_index数组实现对象大小与kmem_cache结构体之间的管理映射，从而实现高效内存分配。源码其中，剖析关键的内内存计算方法是通过查找输入参数的最高有效位序号，这与常规的存源0起始序号不同，从1开始计数。管理
在找到合适的源码kmem_cache实例后，下一步是剖析通过数组缓存（array_cache）获取或填充slab对象。若缓存中有可用对象，则直接从缓存分配；若缓存已空，会调用cache_alloc_refill函数从三个slabs（free/partial/full）中查找并填充可用对象至缓存。在对象分配过程中，array_cache结构体发挥了关键作用，它不仅简化了内存管理，还优化了内存使用效率。
对象释放流程与分配流程类似，涉及数组缓存的管理和slab对象的回收。在cache_alloc_refill函数中，关键操作是检查slab_partial和slab_free队列，寻找空闲的对象以供释放。整个过程确保了内存资源的高效利用，避免了资源浪费。
总结内存操作函数概览，栈与堆的区别是显而易见的。栈主要存储函数调用参数、局部变量等，而堆用于存放new出来的对象实例、全局变量、静态变量等。由于堆的动态分配特性，它无法像栈一样精准预测内存使用情况，导致内存碎片问题。为了应对这一挑战，Linux内核引入了buddy和slab等内存管理算法，以提高内存分配效率和减少碎片。
然而，即便使用了高效的内存管理算法，内存碎片问题仍难以彻底解决。在C/C++中，没有像Java那样的自动垃圾回收机制，导致程序员需要手动管理内存分配与释放。爬爬网站源码如果忘记释放内存，将导致资源泄漏，影响系统性能。为此，业界开发了如ZGC和Shenandoah等垃圾回收算法，以提高内存管理效率和减少内存碎片。
ZGC算法通过分页策略对内存进行管理，并利用“初始标记”阶段识别GC根节点（如线程栈变量、静态变量等），并查找这些节点引用的直接对象。此阶段采用“stop the world”（STW）策略暂停所有线程，确保标记过程的准确性。接着，通过“并发标记”阶段识别间接引用的对象，并利用多个GC线程与业务线程协作提高效率。在这一过程中，ZGC采用“三色标记”法和“remember set”机制来避免误回收正常引用的对象，确保内存管理的精准性。
接下来，ZGC通过“复制算法”实现内存回收，将正常引用的对象复制到新页面，将旧页面的数据擦除，从而实现内存的高效管理。此外，通过“初始转移”和“并发转移”阶段进一步优化内存管理过程。最后，在“对象重定位”阶段，完成引用关系的更新，确保内存管理过程的完整性和一致性。
通过实测，ZGC算法在各个阶段展现出高效的内存管理能力，尤其是标记阶段的效率，使得系统能够在保证性能的同时，有效地管理内存资源。总之，内存管理是系统性能的关键因素，Linux内核通过先进的算法和策略，实现了高效、灵活的内存管理，为现代操作系统提供稳定、可靠的服务。
值得一看的LINUX内核内存管理kmalloc,vmalloc
在设备驱动程序或内核模块中进行动态内存分配时，通常使用 kmalloc 和 vmalloc 函数而非 malloc。kmalloc 和 vmalloc 分配的内存类型和使用方式存在显著差异。
kmalloc 用于从物理上连续的低端内存区域分配小块（一般不超过 k）内存，分配的内存地址为物理连续的线性地址，适合于需要连续内存以进行直接内存访问（DMA）操作的linux 源码安装环境设备。释放 kmalloc 分配的内存时使用 kfree 函数。
相比之下，vmalloc 用于从虚拟上连续但物理上可能不连续的高端内存区域分配较大块（一般为大块内存）内存，适合在内存资源紧张时使用。vmalloc 分配的内存仅在逻辑上连续，物理地址无需连续，因此不能直接用于 DMA 操作。释放 vmalloc 分配的内存时使用 vfree 函数。
总结两者区别：
1. kmalloc 分配的是低端内存，而 vmalloc 分配的是高端内存，当内存资源紧张时才会使用低端内存。
2. kmalloc 分配的物理地址是连续的，而 vmalloc 分配的物理地址可能不连续。
3. kmalloc 分配的内存适用于小块内存需求，而 vmalloc 分配的内存适用于大块内存需求。
在 DMA 工作中，为了减轻 CPU 负载，数据传输由 DMA 控制器在快速设备与主存储器之间直接控制完成。在 DMA 模式下，CPU 只需下达指令给 DMA 控制器，由其处理数据的传输，并在传输完成后反馈信息给 CPU，从而显著提高数据传输效率。
在测试代码中，通过将数据放置在 地址，并在 d 物理地址读取数据，可以观察到 kmalloc 分配的物理地址位于低端内存区域，而 vmalloc 分配的物理地址位于高端内存区域。通过 DMA 传输的数据通常位于低端内存区域。
kmalloc 函数的原型为 static __always_inline void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags)，其中 flags 参数主要决定内存的分配类型，如 GFP_KERNEL、GFP_USER 和 GFP_ATOMIC 等，分别用于内核、用户空间和不允许睡眠的原子分配。
内核编程时，应遵守中断上下文不可睡眠的原则，使用 is_in_interrupt_context() 函数检查是否处于中断处理程序中，以避免睡眠。
Linux内核编程--内存映射和共享内存
Linux内核编程中，内存映射和共享内存是两种重要的内存管理技术。首先，内存映射允许进程将磁盘文件或对象映射到其地址空间，形成虚拟地址与物理存储的直接对应。这减少了读写操作中的I/O开销，用户空间和内核空间能直接交互，且进程能以内存方式操作文件，如何获取java源码而非传统的I/O操作。例如，进程间通信中，通过内存映射，父子进程或非亲缘关系的进程可以通过共享的内存映射区进行数据交换，实现非阻塞通信。文件读写操作时，映射文件描述符到内存后进行操作，操作完成后释放映射。
内存映射的关键函数包括mmap、munmap和msync，其中mmap用于创建映射，munmap用于释放，msync则控制数据同步。但并非所有文件都支持mmap，如终端或套接字。MS_ASYNC和MS_SYNC的区别在于同步写操作的完成时间。
相比之下，共享内存不依赖文件，更像是内存中的匿名区域，它不支持fork继承，而是通过shm_open创建。在Client-Server架构中，共享内存用于同步多进程对同一存储区的访问，通常配合信号量进行控制。使用共享内存能减少客户到服务器间的复制次数，比如在内核操作中，共享内存可以减少四次复制到两次的开销。
共享内存的创建和管理通常通过POSIX或System_V标准的函数实现，如shmget、shmat等，其中POSIX允许动态调整大小，而System_V在创建时确定大小。代码示例展示了这两种方法的使用方法和示例结果。
总的来说，内存映射和共享内存都是提高系统效率和进程间协作的有效工具，通过合理的使用，能优化程序性能并简化复杂的数据交换操作。
linux系统如何释放内存
先看看内存使用状况
[root@node1 ~]# free -m
total used free shared buffers cached
Mem: 0
-/+ buffers/cache:
Swap: 0
把内存里的数据暂时写到硬盘里
[root@node1 ~]# sync
修改 /proc/sys/vm/drop_caches文件
[root@node1 ~]# echo 3 /proc/sys/vm/drop_caches
[root@node1 ~]# cat /proc/sys/vm/drop_caches
再看内存
[root@node1 ~]# free -m
total used free shared buffers cached
Mem: 0 0
-/+ buffers/cache:
Swap: 0
终于释放出来了。
Linux内核：内存管理——Slab分配器
深入解析Linux内核：内存管理的艺术——SLAB分配器
在Linux内核的世界里，内存管理是一项至关重要的任务。其中，SLAB分配器扮演着关键角色，它解决了页框分配器的大页框浪费问题，通过专用SLAB（如TCP）和普通SLAB（如kmalloc-8, kmalloc-等）实现了高效而灵活的内存管理。通过执行`cat /proc/slabinfo`，我们可以窥探SLAB的android导入仿源码运行状态。
SLAB的核心理念在于对象大小的固定性，这有助于减少内存碎片，提高内存使用效率。kmem_cache（SLAB缓存）是其最高层级的数据结构，它负责描述和管理SLAB及其对象。内核模块通过kmem_cache_create定制化的SLAB，确保内存管理的灵活性。
kmem_cache结构内部，对象大小(object_size)与SLAB的全局配置如gfporder和num保持同步。每个NUMA节点的SLAB管理由struct kmem_cache_node数组负责，它支持分布式内存管理，确保了内存的均衡分配。
在kmem_cache的内部结构中，SLAB链表是关键部分，包括slabs_partial、slabs_full和slabs_free。slabs_partial存储部分使用的SLAB描述符，slabs_full则是所有对象的链表，而slabs_free则记录空闲的SLAB。这些链表通过spinlock_t lock进行同步，确保了在分配和回收过程中的线程安全。
SLAB设计巧妙，如SLUB（Simple Low Overhead Buffering）和SLOB（Simplified Low Overhead Buffering）结构，它们结合了计数器、活跃对象和动态链表，以实现内存的高效分配。SLAB描述符还包括页标志、对象地址指针和空闲对象链表，这些细节都在CONFIG_SLUB配置中有所体现。
SLAB描述符中的freelist和填充区域的优化，以及对象地址的着色设计，都是提高内存利用率的重要手段。内存着色通过添加偏移量避免同一行内存冲突，提升了性能。本地CPU和共享链表的组合，形成了SLAB分配器的高效运作框架，优先级分配原则保证了快速响应。
了解这些细节后，我们发现SLAB分配器是Linux内核内存管理的精髓所在，它在内存分配和回收的过程中，巧妙地平衡了效率与灵活性。通过深入研究这些内部机制，我们可以更好地理解和优化我们的系统内存使用。
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原文作者：tolimit
原文地址：linux内存源码分析 - SLAB分配器概述
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经过上述的精炼与重构，文章内容更加清晰，突出了SLAB分配器在Linux内核内存管理中的核心作用和关键细节，为读者提供了深入理解内存管理的窗口。
一文搞懂Linux内核内存管理中的KASAN实现原理
深入探索Linux内核的KASAN内存保护机制：越界检测与实现原理
Kernel Address Sanitizer (KASAN)，作为内存错误检测的守护者，专为x_和arm架构的Linux 4.4及更高版本设计。它通过GCC 4.9.2及以上版本的强大支持，利用shadow memory这一内存监控机制，确保了对内存越界访问的精准捕捉。启动时，只需在编译选项中设置CONFIG_SLUB_DEBUG=y和CONFIG_KASAN=y，SLUB_DEBUG将提供额外的调试信息，可能会增加boot.img的大小。
KASAN的核心策略是利用系统1/8的内存空间作为shadow memory，通过编译时插入的load/store检查，实时监控每个内存操作。当内存访问尝试超出定义范围时，__asan_load#size()和__asan_store#size()这些内置函数会触发异常，发出警告。比如，8字节内存访问要求shadow memory值为0，任何偏离这一规则的操作都会触发错误检查。
在ARM架构下，KASAN区域位于kernel空间的VMALLOC区域，支持KASLR。编译器会在每个内存访问前后自动插入检查，通过__asan_load#size()和__asan_store#size()来验证内存地址的有效性。例如，全局变量的构造函数由编译器生成，如char a[4]变为struct { char original[4]; char redzone[]; }，redzone的填充规则由实际占用内存与字节的余数决定。
关于shadow memory的物理映射，它与kernel地址之间的关系是：shadow_addr = (kaddr 3) + KASAN_SHADOW_OFFSE。KASAN区域作为虚拟地址，必须通过映射将其转换为物理地址才能操作。初始化过程在kasan_early_init()和kasan_init()函数中进行，确保内存映射的正确性。当分配内存时，如kmalloc()，KASAN会标记多余的内存为不可访问，以防止意外的越界使用。
更具体地，KASAN通过struct kasan_global结构体来管理全局变量，如smc_num1、smc_num2和smc_num3。反编译System.map和vmlinux.txt，我们发现每个全局变量都有对应的构造函数，如smc_num1的构造函数地址为ffffdf0，初始化过程由__asan_register_globals()执行。
总结来说，KASAN通过编译器的智能处理，确保了对内存访问的严格监控。它在栈分配变量和全局变量上都有相应的边界检查和shadow memory初始化。错误日志提供了详尽的bug信息，如地址、任务、kmalloc_oob_right错误描述等，帮助开发者快速定位问题。
在实践中，KASAN在Linux内核4.版本中表现出色，通过检测slab-out-of-bounds错误，为内存管理提供了强大的安全保障。深入理解KASAN的工作原理，对保证系统稳定性和代码质量至关重要。
Linux内核黑科技——mmap实现详解
本文旨在详细阐述 Linux 内核中的 mmap 实现机制。mmap 的全称是 memory map，即内存映射，其功能是将文件内容映射到内存中，允许我们直接对映射的内存区域进行读写操作，效果等同于直接对文件进行读写。 mmap 实现分为两个关键步骤：文件映射和缺页异常处理。首先，使用 mmap() 系统调用时，内核会通过 do_mmap_pgoff() 函数进行处理，这一过程主要是为进程分配虚拟内存空间，并初始化相关数据结构。文件映射则通过 mmmap_region() 函数完成，该函数负责在 vm_area_struct 结构中登记文件信息，以便后续的内存访问操作。 在文件映射阶段，虚拟内存地址会映射到文件的页缓存中。当进程试图访问映射后的虚拟内存地址时，若该地址对应的内容未被加载到物理内存中，则会导致缺页异常。这就是我们接下来要介绍的第二步：缺页异常处理。 当 CPU 触发缺页异常时，内核会调用 do_page_fault() 函数来处理这一异常情况。在这一过程中，文件的页缓存内容会被加载到物理内存中，与虚拟内存地址建立起映射关系。这一机制确保了当进程访问文件内容时，可以无缝地在物理内存和文件之间进行数据交换，从而实现高效的文件读写操作。 综上所述，mmap 通过将文件内容映射到虚拟内存中，允许我们直接对映射区域进行读写操作，而背后的关键在于文件的页缓存与虚拟内存地址之间的动态映射。这一机制是 Linux 内核实现高效文件访问和管理的重要技术之一。 对于需要深入学习 Linux 内核源码、内存调优、文件系统、进程管理、设备驱动、网络协议栈等领域的开发者，推荐加入 Linux 内核源码交流群：，群内提供丰富的学习资源，包括精选书籍、视频资料等，以及价值的内核资料包，包含视频教程、电子书、实战项目及代码。前名加入者还将获得额外赠送的资料。 此外，我们整理了以下精选文章，供对 Linux 内核感兴趣的读者参考：浅谈 ARM Linux 内核页表的块映射
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Linux中的内存分配--slab（1）
在Linux中，当内存分配遇到小于一页的需求时，为避免浪费和内碎片问题，slab分配器应运而生。slab分配器的核心机制是kmem_cache，它为每个对象类别维护一个"cache"，分配和释放对象时都从对应的cache中进行，提高了效率。cache的内存来源于buddy伙伴系统，通过分页并按照对象大小划分，确保物理内存的连续性。
每个kmem_cache由若干slabs组成，每个slab由一个或多个页框构成，大小由gfporder定义。为了优化CPU缓存利用，slab引入了coloring机制，通过调整slab中的偏移量，确保相同对象号的对象不会对齐，从而减少缓存替换操作。
kmem_cache_node负责描述和管理slab中的对象，包含slab链表，根据NUMA架构进行内存分配。slab描述符中，s_mem和freelist分别指向第一个对象和空闲对象链表。空闲对象链表由数组组成，根据活跃对象动态调整。
本地CPU空闲链表作为kmem_cache的一部分，记录对象的释放，便于内存回收。通过slabtop命令，可以查看系统的slab分配情况，包括内存使用、cache数量、slabs数量以及object大小分布。此外，/proc/meminfo和/proc/slabinfo提供了更详细的内存使用信息。
深入理解slab分配器的更多内容，可以参考相关文章如《Slab Allocator (kernel.org)》、《The Slab Allocator in the Linux kernel (hammertux.github.io)》以及《linux内存源码分析 - SLAB分配器概述》等。
malloc内存分配过程详解
malloc作为C/C++语言库标准提供的一个函数，用于动态分配内存。通过调用malloc接口，开发者可以为程序分配一段连续的内存空间，而不需要在编译时预估空间大小。分配的内存空间在使用完毕后，可以通过free接口释放。然而，malloc背后的调用机制和原理，可能对一些开发者来说并不那么熟悉。
其实，malloc只是C语言库标准提供的一般函数，它的效率相比自行实现的malloc可能有所降低。然而，通过编写一个简单的malloc，可以深入理解C库的实现原理，其与库函数的实现原理基本一致。下面，我们来探索malloc的一些关键概念和实现原理。
一、malloc的定义
标准C定义中，malloc函数的原型通常如下所示，具体实现取决于编译环境和操作系统的实现。
二、Linux的内存管理
在Linux环境下，内存管理涉及虚拟内存与物理内存的交互。现代操作系统采用虚拟内存技术，为每个进程提供一个仿佛独立的2N字节内存空间（N为机器的位数），如在位操作系统中，每个进程的虚拟内存空间为字节。此技术简化了程序的编写，并方便了操作系统对进程之间的隔离管理。
虚拟内存管理主要由内存管理单元（MMU）和页表构成。MMU负责将虚拟内存地址映射到物理内存地址上，单位为页。页表则是用于管理虚拟内存与物理内存之间映射关系的数据结构。
三、Linux进程级的内存管理
在Linux中，进程的内存空间主要分为内核空间和用户空间。malloc分配的内存空间位于堆空间（Heap）上，Linux通过维护一个break指针来管理堆空间。break指针指向已映射的内存区域，而未映射区域可能引发访问错误。
通过brk和sbrk系统调用，可以调整break指针的位置，从而改变进程可用的堆空间大小。brk直接设置break指针至指定地址，sbrk则在当前位置基础上增加指定增量。成功执行时，brk返回0，sbrk返回break指针的当前位置。
四、实现一个简单的malloc
在理解了Linux内存管理的基础上，我们可以尝试实现一个简单的malloc。注意，这个实现主要作为学习和理解内存管理的工具，实际应用中可能并不高效。
实现过程中，我们会组织堆内存空间为块（Block），每个块包含元信息（如数据区大小、空闲状态等）和实际分配的内存区域。通过块链表结构和适当的查找算法，可以高效地分配和释放内存。
实现细节包括：初始化块链表、遍历查找合适的块、分配新块或分裂现有块等。整个过程涉及对内存管理的深入理解，包括页对齐、字节对齐以及内存空间的合理利用。
总结，通过理解malloc的定义、Linux内存管理机制以及实现一个简单的malloc，可以对动态内存管理有更全面的认识。这些知识对于编写高效、安全的C/C++程序至关重要。
