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10-2 Linux操作系统 - 存储管理课件
10.2 存储管理
内容:
物理内存的管理
虚拟存储空间的管理
;10.2.1 物理内存的管理
内存用途
存储内核映像
其它可动态加载内核模块内存需求
进程用户页面的需求
缓冲需求
功能要求
快速响应请求
尽可能地利用内存同时减少内存碎片
解决方案
基于区域的伙伴系统及slab分配器 ;用户虚空间
;页帧 物理内存以页帧为基本单位,页帧的大小固定为4K。
区域:物理内存分成如下三个区域:
DMA ZONE 低于16MB的内存,是DMA方式能够访问的物理内存。一般用于I/O缓冲区
NORMAL ZONE 介于16MB与896MB之间,直接被内核虚地址映射。部分用于内核程序及常数,部分用于动态表格或用于用户空间页
HIGHMEM ZONE 高端内存,超过896MB以上的部分。用于存放动态映射页面。
;
在内存分配时要根据区域访问优先级别来决定分配次序。比如为DMA方式分配内存,DMA ZONE是唯一符合要求的区域。而通常的内存分配,则可先在NORMAL ZONE 进行,如果不能满足要求,则在DMA ZONE尝试。
;二、 伙伴算法
伙伴算法 Linux对每个区域采用了伙伴算法来对管理空闲内存页帧减少外部碎片。
当要为进程用户空间页面、系统I/O缓冲区、系统存储对象(如表格;动态模块等)分配页帧时调用伙伴算法。;以16个页面为例,空闲页面构成五个链表
(1)初始态
连续16个页面 [1-16]
连续8个页面
连续4个页面
连续2个页面
连续1个页面
(2)分配两个页面,剖分[1-16],[1-2]被使用,状态如下
连续16个页面
连续8个页面 [9-16]
连续4个页面 [5-8]
连续2个页面 [3-4]
连续1个页面
分配方法:尽可能从合适大小的链表寻找,如有,则摘除返回页面。否则寻找更大的连续空闲页面,剖成两个大小相等伙伴,将后者插入合适位置。再看前者是否满足要求,若不,继续剖分。;(3)再申请四个页面, [1-2] [5-8]被使用
连续16个页面
连续8个页面 [9-16]
连续4个页面
连续2个页面 [3-4]
连续1个页面
(4)释放页面[1-2],看能否合并伙伴
连续16个页面
连续8个页面 [9-16]
连续4个页面 [1-4]
连续2个页面
连续1个页面
释放过程:看能否与空闲伙伴合并,若可以,则合并成更大的连续页面并继续重复能否与空闲伙伴合并的过程。最后插入合适位置。
;;;三、 slab分配器
存在问题 伙伴系统是以页帧为基本分配单位, 对于小对象容易造成是内部碎片
解决办法 基于伙伴系统的slab分配器。
slab分配器的基本思想: 为经常使用的小对象建立缓冲,小对象的申请与释放都通过slab 分配器来管理。slab 分配器再与伙伴系统打交道
好处 其一是充分利用了空间,减小了内部碎片。其二是管理局部化,尽可能少地与伙伴系统打交道,从而提高了效率。 ;slab分配器的构成
为不同的常用对象生成不同的缓冲,每个缓冲存储相同类型的对象。
某种对象的缓冲区由一连串的slab构成,每个slab又由一个或多个连续的物理页帧组成,包含了若干同种类型的对象。
slab对象用结构slab_t来描述,某种特定对象建立的slab队列都有个队头kmem_cache_t
系统有一个slab队列头的slab队列,其对象是其它对象的队头,其队头也是一个kmem_cache_t结构,叫cache_cache。
;除了上面讨论的特定对象的缓冲外, Linux还提供了十三种通用的缓冲,其存储对象的单位大小分别为32字节, 64字节, 128字节, 256字节, 512字节, 1KB, 2KB, 4KB, 8KB, 16KB, 32KB, 64KB和128KB。这些缓冲用来满足特定对象之外的普通内存需求。单位大小级数增长保证了内部碎片率不超过50%。 ;slab分配器的相关操作:
kmem_cache_create()
该函数创建一种特定对象的kem_cache_t结构,并加入cache_cache 所管理的队列。如下代码创建了inode_cache:
kmem_cache_create(inode_cache,
sizeof(structinode), 0,
SLAB_HWCACHE_ALIGN, init_once,NULL);
kmem_cache_create()函数一开始分配一个kmem_cache_t结构,然后进行一系列运算,以确定最佳的slab 构成。
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