Linux 内核内存管理：虚拟地址空间、伙伴系统和块分配器

Linux 内核架构：

Linux 内核架构可以分为以下几个主要组件：

• 进程调度器：负责管理进程的执行，决定哪个进程可以运行以及运行多长时间。

• 内存管理单元 (MMU)：负责管理虚拟内存，允许进程使用比物理内存更多的内存。

• 虚拟文件系统 (VFS)：提供了一个统一的接口来访问不同的文件系统。

• 网络堆栈：负责处理网络通信。

• 设备驱动程序：为硬件设备提供接口。

Linux 内核架构还包括以下几个重要的概念：

• 系统调用：允许用户空间程序请求内核服务。

• 中断：当发生硬件事件时通知内核。

• 同步原语：允许内核中的不同部分安全地共享数据。

Linux 内核是一个复杂而强大的系统，它提供了对计算机硬件的低级访问以及对各种服务和功能的支持。它也是 Linux 操作系统和其他基于 Linux 的操作系统的基础。

二、虚拟内存地址空间布局

2.1、用户空间

应用程序使用 malloc()申请内存，使用 free()释放内存，malloc()/free() 是 glibc 库的内存分配器 ptmalloc 提供的接口，ptmalloc 使用系统调用 brk/mmap 向内核以页为单位申请内存，然后划分成小内存块分配给用户应用程序。

2.2、内核空间

内核空间的基本功能：虚拟内存管理负责从进程的虚拟地址空间分配虚拟页，sys_brk 用来扩大或收缩堆，sys_mmap 用来在内存映射区域分配虚拟页， sys_munmap 用来释放虚拟页。

页分配器负责分配物理页，当前使用的页分配器是伙伴分配器。内核空间提供把页划分成小内存块分配的块分配器，提供分配内存的接口 kmalloc()和 释放内存接口 kfree()。

块分配器：SLAB/SLUB/SLOB。