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Linux服务器中内存管理学习笔记

来源:互联网 作者:佚名 时间:2013-04-20 14:01
内存管理是linux中比较好的一个功能,我用过服务器就知道linux越用越快,而windows 系统是越用越慢,这是为什么呢,下面我们来看看linux内存管理吧。
前面说了,Linux MM系统细节非常多,自己在探究的时候,也是尝试尽量抓住主线,这里也只能抽取了一些“主线剧情”介绍,其中还可以扩展出很多细节,看客感兴趣可以自己深究,后续如果兴趣还在,我也还会继续写出来。内核版本如果没有特别说明,就是使用2.6.33版本。
1. 物理内存组织
先声明一下,这里说的Linux都是运行Intel X86架构的。从80386开始,为了更好支持内存管理、虚拟内存技术,x86架构开始支持处理器的模式(分页是基于分段)。系统将内存分为一个个固定大小的块,称作“page frames”,x86架构每一个“page frames”大小为4096字节。Linux中使用struct page结构来描述一个“page frames”【链接中给出了2.6.18内核下的Page结构】,一个Page结构对应了一个物理内存页。
在Linux中,所有的struct page对象都放在一个数组mem_map,mem_map每一个元素对应一个Page。
2. NUMA下的内存结构
在NUMA架构下,系统根据CPU的物理颗数,将内存分成对应的Node。例如,两颗物理CPU,16GB内存的硬件:系统则将内存分成两个8GB,分别分配给两颗CPU:
my111.cm3:/root>#numactl --hardware
available: 2 nodes (0-1)
node 0 size: 8065 MB
node 1 size: 8080 MB
每一个Node,系统又将其分为多个Zone,64位x86架构下(参考:8.1.5),分为两个ZONE_DMA(低16MB,)、ZONE_NORMAL(其余内存)。所以NUMA架构下的内存分配,也就是在各个zone分配内存。
3. 内存分配函数栈
从底层系统的角度,内存分配有如下函数(这里介绍的底层函数,和上层函数的关系,以后再介绍):
这里来调查一下函数alloc_pages都做了些什么,都调用了哪些函数:
free_area是一个底层保存空闲内存页的数组,有着特殊的结构,它也是内存分配Buddy system的核心变量。
4. get_page_from_freelist和zone_reclaim_mode
上面函数get_page_from_freelist【mm/page_alloc.c】通过遍历系统中各个zone,来寻找可用内存,根据Linux系统中zone_reclaim_mode的设置不同,遍历时的行为略有不同。zone_reclaim_mode是Linux中的一个可配置参数,为了解该参数如何影响内存分配,那就打开get_page_from_freelist的代码,仔细看看遍历各个zone的流程:
上面看到,zone_reclaim_mode非零时,如果某个zone内存不够,则会尝试出发一次内存回收工作(zone_reclaim),等于零时,则直接尝试写一个zone。
上面是2.6.33内核的代码流程图,2.6.18(RHEL5.4的内核)中则因为没有zcl相对简单一些:
流程图中可以看到,zone_reclaim_mode非零时,get_page_from_freelist【mm/page_alloc.c】函数中会调用zone_watermark_ok扫描free_area,如果当面有没有足够的可用内存,就会调用zone_reclaim【mm/vmscan.c】函数回收内存,zone_reclaim实际调用zone_reclaim【mm/vmscan.】收回内存。
最后
每次深入了解一个技术问题,随着挖据的深入,都发现其背后总非常深的背景知识,甚至需要深入到很多底层系统,这个过程有时会让自己迷失,会让自己忘了当初的目的。如果是Linux方面的技术问题,一般最后会收缩到“体系结构”、“Linux原理”和“算法”,这恰恰对应了计算机系考研时候的三门课程:体系结构、操作系统、和数据结构
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