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隨著計算機應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴展和深入，計算機系統(tǒng)的性能和可靠性成為新的挑戰(zhàn)。其中內(nèi)存管理在整個系統(tǒng)性能中占據(jù)著重要的地位，Linux內(nèi)存管理也是Linux操作系統(tǒng)得以誕生和發(fā)展的基礎(chǔ)。Linux內(nèi)存管理模塊又包含了許多重要的機制，其中就包括延遲分配機制。
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一、Linux內(nèi)存管理概述
在Linux內(nèi)存管理中，操作系統(tǒng)通過“頁表”來實現(xiàn)對內(nèi)存的管理。頁表管理的是虛擬內(nèi)存和物理內(nèi)存的對應(yīng)關(guān)系，將進程虛擬地址空間對應(yīng)在物理內(nèi)存上。
頁表是存儲頁框物理地址的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，CPU訪問內(nèi)存時通過頁表將虛擬地址映射為物理地址。在實際使用過程中，若一個進程使用了比較大的內(nèi)存，但實際上只使用了部分內(nèi)存，則采用“分頁”的方式，將未使用的內(nèi)存放到“臨時磁盤空間”中，以釋放內(nèi)存空間，提高系統(tǒng)的內(nèi)存利用率。
二、Linux內(nèi)存分配的常見方式
在Linux中常用的內(nèi)存分配方式有如下幾種：
1、伙伴算法
伙伴算法把具有2^n個連續(xù)頁框的內(nèi)存塊作為一個頁框塊，通過將內(nèi)存塊不斷拆分為兩個更小的塊并進行合并，來管理大量的空閑頁框。
2、Slab機制
Slab機制是Linux標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核中對內(nèi)存分配的一個關(guān)鍵性的組件。Slab機制將需要經(jīng)常創(chuàng)建和刪除的數(shù)據(jù)對象放在高速緩存中，以便重用。這樣可以減少頻繁的內(nèi)存分配和釋放操作，提高內(nèi)存管理效率。
三、linux內(nèi)存延遲分配機制
Linux內(nèi)核中的進程內(nèi)存請求通常要等待物理內(nèi)存可用時才進行內(nèi)存分配操作。為避免出現(xiàn)內(nèi)存分配失敗，Linux內(nèi)核采用延遲分配機制。
1、延遲分配機制的作用
延遲分配機制的作用是在內(nèi)存分配之前僅僅得到內(nèi)存空間的承諾，而不是把物理內(nèi)存真正分配給進程。只有在進程需要這部分分配好的內(nèi)存時，內(nèi)核才去分配一個或一組物理內(nèi)存頁框。
2、延遲分配機制的原理
Linux內(nèi)核中采用了兩種形式的延遲分配機制操作：
（1）Slab延遲分配
Slab機制是Linux中一種內(nèi)存分配機制，同時也是延遲分配機制的重要方式之一。Slab目錄項中的 參考計數(shù)器用來跟蹤每個Slab實例在進程中的使用情況，以此來判斷是否應(yīng)該回收這個實例所占用的內(nèi)存。如果參考計數(shù)器值為0，就表示該Slab實例已經(jīng)被放到待回收目錄項列表中。在條件允許的情況下，將會刪除所有空閑的Slab實例所對應(yīng)的對象，從而釋放相關(guān)的物理內(nèi)存頁框。
（2）頁緩存
在高并發(fā)訪問下，一些數(shù)據(jù)可能需要頻繁地從物理磁盤讀取，此時將這些數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)存中可以提高讀寫性能。Linux的頁緩存機制即是通過延遲分配機制來緩存磁盤數(shù)據(jù)。
當(dāng)內(nèi)存不足時，Linux會試圖從頁緩存中回收一部分數(shù)據(jù)和相應(yīng)的內(nèi)存頁框，以節(jié)約物理內(nèi)存。頁緩存通常可以節(jié)約一些物理內(nèi)存，提高讀寫響應(yīng)速度。
四、
隨著計算機應(yīng)用場景的不斷拓展，內(nèi)存管理的重要性也越來越凸顯出來。通過對Linux內(nèi)存管理的實現(xiàn)原理和機制的細致分析，我們可以更加深入地理解Linux操作系統(tǒng)之所以能夠被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域的根本原因。同時，對于提高系統(tǒng)的性能和可靠性，合理的內(nèi)存管理也扮演著不可或缺的角色。Linux內(nèi)存延遲分配機制作為Linux內(nèi)存管理的重要一環(huán)，有助于減少內(nèi)存的浪費和提高內(nèi)存利用效率。
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Linux 在拿到一大塊內(nèi)存后（譬如是64MB內(nèi)存），先將其看作是好多個連續(xù)排列的 4MB 內(nèi)存。
那么如果程序請求1MB的內(nèi)存，那么內(nèi)存分配操作邏輯如下：
這個算法就是所謂的 binary buddy 分配算法。
在 Linux 中，這個二分法最小分割到悶攔 4096 字節(jié)，也就是一個頁的大小。
因此總共有 11 種大小，分別為 4KB，8KB，……4MB。
其中 4KB 為 order 0，4MB 為 order 10.
我們稱其 max order 為 12，有些資料會提到這個概念。
以薯罩液上這些信息可以在 /proc/buddyinfo 上查看，其格式大概是這樣：
buddy 在上面這種情況下，有些被分為小塊內(nèi)存，那么數(shù)物就會存在內(nèi)存碎片的問題。
/proc/pagetypeinfo
以上 buddy 管理的是不小于4K 的內(nèi)存分配，slab 則是管理小于4KB 的內(nèi)存對象。
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文章標(biāo)題：Linux內(nèi)存延遲分配機制詳解(linux內(nèi)存延遲分配)
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