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特別是在嵌入式設(shè)備或物理內(nèi)存有限的環(huán)境下，優(yōu)化內(nèi)存使用、避免內(nèi)存泄漏以及高效管理內(nèi)存變得尤為重要
本文將深入探討Linux內(nèi)存拆分技術(shù)，從底層內(nèi)存管理機(jī)制到高級(jí)內(nèi)存分配策略，全面解析如何在Linux中高效拆分和管理內(nèi)存
一、Linux內(nèi)存管理基礎(chǔ) Linux操作系統(tǒng)通過一系列復(fù)雜的機(jī)制來管理內(nèi)存
內(nèi)存主要分為物理內(nèi)存和虛擬內(nèi)存兩大類
物理內(nèi)存是實(shí)際安裝在計(jì)算機(jī)硬件上的內(nèi)存，而虛擬內(nèi)存則是操作系統(tǒng)為應(yīng)用程序提供的一種抽象層，允許應(yīng)用程序認(rèn)為它們擁有獨(dú)立的內(nèi)存空間
Linux通過分頁(yè)機(jī)制將物理內(nèi)存劃分為一系列固定大小的頁(yè)（通常為4KB），并通過頁(yè)表將虛擬地址映射到物理地址
這種機(jī)制不僅提高了內(nèi)存管理的靈活性，還使得操作系統(tǒng)能夠有效地保護(hù)內(nèi)存安全，防止應(yīng)用程序訪問未授權(quán)的內(nèi)存區(qū)域
二、Buddy算法與內(nèi)存拆分 Buddy算法是Linux內(nèi)存管理中的一種重要算法，主要用于管理空閑內(nèi)存頁(yè)
Buddy算法將空閑內(nèi)存頁(yè)以2的n次方為單位進(jìn)行拆分或合并，確保了任何時(shí)候都能以2的n次方為單位進(jìn)行內(nèi)存分配
例如，假設(shè)有一個(gè)包含16頁(yè)內(nèi)存的區(qū)域（2^4），當(dāng)某個(gè)進(jìn)程申請(qǐng)一頁(yè)內(nèi)存時(shí)，Buddy算法會(huì)將剩下的15頁(yè)拆分成8頁(yè)、4頁(yè)、2頁(yè)和1頁(yè)，并將它們放入不同的鏈表中
如果此時(shí)再有一個(gè)進(jìn)程申請(qǐng)4頁(yè)內(nèi)存，Buddy算法可以直接從8頁(yè)鏈表中分配4頁(yè)，而無需拆分其他頁(yè)
這種算法的優(yōu)點(diǎn)在于避免了外部碎片的產(chǎn)生，但長(zhǎng)期運(yùn)行后，大片的連續(xù)內(nèi)存會(huì)比較少，而小片的內(nèi)存會(huì)非常多，這可能會(huì)導(dǎo)致在分配大片連續(xù)內(nèi)存時(shí)出現(xiàn)問題
Buddy算法通過/proc/buddyinfo文件提供了內(nèi)存空閑情況的視圖，使得系統(tǒng)管理員可以監(jiān)控和分析內(nèi)存使用情況，從而做出相應(yīng)的優(yōu)化措施
三、CMA機(jī)制與DMA內(nèi)存分配 在Linux中，DMA（Direct Memory Access，直接內(nèi)存存取）設(shè)備需要訪問大片連續(xù)的物理內(nèi)存
然而，由于Buddy算法可能導(dǎo)致大片連續(xù)內(nèi)存稀缺，Linux引入了CMA（Contiguous Memory Allocator，連續(xù)內(nèi)存分配器）機(jī)制來解決這一問題
CMA機(jī)制通過標(biāo)記一片連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域?yàn)镃MA區(qū)域，當(dāng)沒有大片連續(xù)內(nèi)存申請(qǐng)時(shí)，這片區(qū)域只分配給可移動(dòng)的程序使用
當(dāng)有大片連續(xù)內(nèi)存請(qǐng)求時(shí)，CMA機(jī)制會(huì)將CMA區(qū)域中所有可移動(dòng)的小內(nèi)存塊移動(dòng)到其他非CMA區(qū)域，然后將空出來的CMA區(qū)域分配給DMA設(shè)備
CMA機(jī)制不僅確保了DMA設(shè)備能夠獲取到所需的連續(xù)內(nèi)存，還提高了內(nèi)存使用的靈活性
CMA區(qū)域通常被分配在高端內(nèi)存中，通過/proc/cmainfo文件可以查看CMA區(qū)域的詳細(xì)信息
四、Slab分配器與內(nèi)存二次管理 Slab分配器是Linux內(nèi)核中的一種內(nèi)存分配機(jī)制，用于對(duì)從Buddy算法獲得的內(nèi)存進(jìn)行二次管理
Slab分配器以更小的單位進(jìn)行內(nèi)存分配和回收，避免了空間的浪費(fèi)，并提高了程序效率
Slab分配器主要針對(duì)頻繁使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化
它從一個(gè)或多個(gè)Buddy頁(yè)中分配內(nèi)存，并將這些內(nèi)存劃分為多個(gè)等分的小塊，每個(gè)小塊用于分配特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
當(dāng)需要分配這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)，內(nèi)核從對(duì)應(yīng)的Slab分區(qū)中分配一小塊內(nèi)存，從而實(shí)現(xiàn)了在同一片內(nèi)存區(qū)間為頻繁使用的對(duì)象分配內(nèi)存
Slab分配器通過/proc/slabinfo文件提供了Slab分區(qū)的詳細(xì)信
