Linux内存管理进阶：页表与分配器

Linux内存管理的高级技术：页表与内存分配器

Linux是当前应用范围最广的操作系统。在系统内部，内存管理具有举足轻重的地位。在这个领域中，页表和内存分配器是两个不可或缺的重要工具。它们能够帮助Linux系统更高效地利用内存资源，提升运行效率与稳定性。

一、页表的作用

在Linux中，页表是一种关键的内存管理机制。它负责将虚拟内存地址转换为物理内存地址。每个进程都拥有独立的页表，用来管理自己的虚拟内存地址。在操作系统启动期间，Linux内核会初始化全局页表，随后为每个进程创建单独的页表。每个页表由一个或多个页目录表以及若干个页表构成。页表的结构一般呈现为树形，其中每个节点对应一个页目录表或者页表。

在Linux中，页表运用了一种名为“分页”的技术，即把物理内存分割成固定大小的页面，通常每页大小为4KB。当进程运行时，它所访问的虚拟内存地址会经由页表转化为物理内存地址。由于每个进程都有各自的页表，所以不同进程的虚拟内存地址可以一致。这一特性允许进程间共享代码和数据，同时确保了每个进程的独立性。

二、内存分配器的功能

另一个至关重要的内存管理工具是内存分配器。在Linux中，内存分配器主要承担动态分配与释放内存的任务。Linux中的内存分配器主要有两种形式：伙伴系统和slab系统。

伙伴系统是一种简单且高效的内存分配器，它将物理内存划分成大小相同的块，每块大小均为2的n次方。当需要分配一个大小为m的内存块时，伙伴系统会将m向上取整至最近的2的n次方大小，在该级别的块中寻找可用空间，接着将此块分割成两个等大的子块，依此类推，直至找到足够大的块为止。

Slab系统则是一种更为复杂的内存分配器，适合频繁分配和释放小块内存的情况。Slab系统把物理内存划分为一系列大小一致的对象，这些对象可代表各种类型的数据结构。当需要分配一个对象时，Slab系统会在内部维持一个可用对象池，从中提取一个对象进行分配。当释放一个对象时，该对象会被送回池中以便再次使用。

页表和内存分配器构成了Linux内存管理的核心部分。它们协助Linux系统优化内存资源的使用，增强系统的效能与稳定性。深入理解这些工具的工作机制和技术细节对于掌握Linux内部运作原理及性能调优至关重要。