浅学内存分配与释放(二)

物理内存中的伙伴

虚拟内存分配是以内存块为单位，但是，物理内存被划分成一个一个大小一致的物理页(4kb), 所以，物理内存分配是以 "物理页" 为单位

Linux操作系统同样使用"分离空闲链表"数据结构，来搞物理内存的分配与释放。

从上图我们看到：(你要注意的是，这里后边画的是三个三个的，其实后边有很多很多哈，只不过是没画出来了而已......)

第0阶中------都是------1个物理页------串起来

第1阶中------都是------2个物理页------串起来

第2阶中------都是------4个物理页------串起来

第3阶中------都是------8个物理页------串起来

你要注意的是，这里后边画的是三个三个的，其实后边有很多很多哈，我就不画出来了

指定阶(order)、指定物理页号，通过计算，很快能得到只当物理页的伙伴是谁

（1）剩余的部分插入到第2阶中（小伙伴分开了）（2）剩余的部分递归分割插入到第1阶中（小伙伴分开了）物理内存对NUMA架构和稀疏内存模型(64位操作系统)中的再次细化展示区域：(Zone): 不同区域的内存有不同的用途，便于管理。

分区名称	适用架构	物理地址范围（典型值）	内核虚拟地址映射方式	主要用途 / 使用限制	伙伴系统水线标记	常见标志位
ZONE_DMA	32 位 x86 / 部分嵌入式	0 ～ 16 MiB	线性映射（直接映射区）	兼容早期 ISA 设备，只能访问低 16 MiB；DMA 掩码 24 bit	min/low/high + DMA 水线	GFP_DMA
ZONE_DMA32	64 位 x86_64 / arm64	0 ～ 4 GiB（x86_64 为 0-1 GiB）	线性映射	给 32 位 DMA 设备（AHCI USB3 NIC 等）提供内存，掩码 32 bit	min/low/high + DMA32 水线	GFP_DMA32
ZONE_NORMAL	32/64 通用	16 MiB ～ 896 MiB（32 位） 1 GiB ～ 64 GiB（64 位，与 DRAM 大小有关）	线性映射（永久映射）	内核直接访问的"普通"页，绝大多数 slab、kmalloc、进程匿名页	标准水线	0（默认）
ZONE_HIGHMEM	仅 32 位 x86	896 MiB ～最大物理内存	动态映射（kmap/highmem 映射）	用户进程页缓存、匿名页；内核需临时映射才能访问	高水线更早触发回收	GFP_HIGHUSER
ZONE_MOVABLE	任意架构	人为划定区域，与上述分区重叠	线性映射	供可迁移页使用，防止内存碎片；可热插拔内存主要落在此区	无水线，仅作迁移目标	__GFP_MOVABLE
ZONE_DEVICE	任意架构	任意地址（通过 HMM / PCIe BAR）	设备 MMIO 映射	持久内存（PMEM）、GPU 显存、RDMA 网卡内存，支持 DMA-buf / P2P	无水线，由驱动自行管理	GFP_TRANSHUGE_LIGHT

gfp：表示希望在哪个区域分配内存

GFP_USER 用于分配一个页映射到用户进程的虚拟地址空间，并且希望直接被内核或硬件访问，主要用于一个用户进程希望通过内存映射的方式，访问某些硬件的缓存，例如显卡缓存
GFP_KERNEL 用于内核中分配页，主要分配ZONE_NORMAL区域，也就是直接映射区
GFP_HIGHMEM 顾名思义就是主要分配高端区域的内存

order：表示分配2的order次方个页

功能：为内核程序分配小对象内存，降低内部内存碎片的产生通用：将连续页帧划分成通用大小的小块(比如：8字节) 专用：按照指定对象大小来划分

slab ：（石、木等硬质材料的）厚板；（蛋糕、面包、巧克力等的）厚块；（烹饪食品时所用的）厚桌面，砧板；

一个slab中包含了若干个物理页帧(这些连续的物理页帧是分配器一次性从伙伴系统申请过来的噢！它们就组成了一个slab)

存储相同大小的多个slab，由数据结构kmem_cache 来管理 A. 通用的名字

kmalloc-8, 里面每个小块都是8字节，你的对象申请小于等于8，分配器都从这里给你。

kmalloc-32, 里面每个小块都是32字节，你的对象申请小于等于32，分配器都从这里给你。

B. 专用的名字

如：vm_area_struct , 每个小块都是存vm_area_struct对象的，216个字节

再次细化展示一下kmem_cache结构体中的内容：

kmem_cache中的变量数据结构体，只列举了部分结构体，更详细的请AI或查看源码

✅ 1. kmem_cache_node[NUM_NODES] 这是每个内存节点（NUMA node）的缓存信息数组。

kmem_cache_node 结构，用于管理该节点上的 slab 缓存。

✅ 2. array_cache_percpu 这是每 CPU 的缓存数组，用于减少锁竞争。

内核中的程序可以通过kmalloc分配连续的物理页帧

内核中的程序可以通过vmalloc分配非连续的物理页帧