問答專欄Q & A COLUMN
任何操作系統(tǒng)中最基本的部分之一就是管理內(nèi)存。該子系統(tǒng)通常稱為內(nèi)存管理單元或MMU。這個(gè)子系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的子系統(tǒng)，但是對(duì)我們來說幸運(yùn)的是，它有很多文獻(xiàn)記錄。
當(dāng)我們談?wù)搩?nèi)存時(shí)，通常是我們所指的物理RAM。總物理RAM是您要在新PC或服務(wù)器中尋找的最重要屬性之一。但是，最終使用RAM的是操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)充當(dāng)應(yīng)用程序和物理內(nèi)存之間的抽象層。該層將物理RAM劃分為虛擬“頁面”，這是操作系統(tǒng)可以使用的最小數(shù)據(jù)單元。默認(rèn)情況下，在Linux系統(tǒng)中，頁面大小為4KB，因?yàn)槎鄮幚砻總€(gè)位將太復(fù)雜而無法高效。
當(dāng)Linux使用系統(tǒng)RAM時(shí)，它將創(chuàng)建一個(gè)虛擬內(nèi)存層，然后將進(jìn)程分配給虛擬內(nèi)存。虛擬內(nèi)存實(shí)際上是RAM和交換空間的結(jié)合。交換空間是硬盤驅(qū)動(dòng)器中的一部分，如果可用的RAM用完了，則指定為可用空間。這里是額外的抽象層，因此每個(gè)正在運(yùn)行的進(jìn)程都不會(huì)重疊，并嘗試使用已被另一個(gè)進(jìn)程使用的內(nèi)存。這也意味著虛擬內(nèi)存可以擴(kuò)展到物理RAM容量之外，即使在效率不高的情況下，這也可能有用。
如前所述，操作系統(tǒng)允許進(jìn)程訪問RAM的一部分。該進(jìn)程完全無法控制內(nèi)存分配。因此，在應(yīng)用程序上工作的開發(fā)人員，尤其是用高級(jí)代碼編寫的開發(fā)人員，不必?fù)?dān)心使用內(nèi)存。
通常，任何文件或文件系統(tǒng)的一部分都使用系統(tǒng)命令mmap進(jìn)行映射 ， 并稱為內(nèi)存映射文件。如果一個(gè)內(nèi)存頁面文件沒有任何關(guān)聯(lián)的文件，則稱為匿名內(nèi)存，并且使用“ malloc”函數(shù)分配ut。
通過使用分配文件映射的內(nèi)存和匿名內(nèi)存的方式，操作系統(tǒng)可以使使用相同文件的進(jìn)程與相同的虛擬內(nèi)存頁面一起工作，從而更有效地使用內(nèi)存。 有時(shí)，一個(gè)進(jìn)程正在占用另一個(gè)進(jìn)程所需的內(nèi)存。在這種情況下，操作系統(tǒng)使用OOM（內(nèi)存不足）殺手。該實(shí)用程序選擇一個(gè)進(jìn)程，然后將其內(nèi)存頁重新分配給其他進(jìn)程。在Linux中，默認(rèn)情況下啟用此OOM殺手。如果禁用它，則除了擴(kuò)展到硬盤驅(qū)動(dòng)器之外，如果系統(tǒng)用盡了內(nèi)存，則基本上無權(quán)使用系統(tǒng)。
“ Cgroups”是用于將進(jìn)程隔離到特定內(nèi)存地址的實(shí)用程序，該程序?qū)⑦M(jìn)程分組為邏輯組并為其分配一定數(shù)量的內(nèi)存。Linux中包含cgroup實(shí)際上為當(dāng)今使用的容器（例如Docker和OpenVZ）奠定了基礎(chǔ)。
Linux還能夠使用NUMA（非統(tǒng)一內(nèi)存訪問）與多處理器系統(tǒng)一起使用。這樣做的目的是嘗試為最接近物理RAM的CPU上運(yùn)行的進(jìn)程分配內(nèi)存。
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內(nèi)核也是用的類似malloc的東西申請(qǐng)內(nèi)存的。對(duì)內(nèi)核來說，kmalloc()也是一個(gè)內(nèi)存分配器。
你說的“l(fā)inux需要物理內(nèi)存分配器”，不管是用戶態(tài)的應(yīng)用級(jí)的，還是上面說的，內(nèi)核態(tài)的“應(yīng)用級(jí)”的，其實(shí)都是一個(gè)東西。
但是，在它倆下面，還有一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的“內(nèi)存管理層”，或“虛擬內(nèi)存管理層”，管理頁表的創(chuàng)建，維護(hù)什么的。
你提的問題，應(yīng)該是兩個(gè)不同層面的問題，不要把它們放在一起想
malloc是在進(jìn)程址空間中分配，并不能完成實(shí)際物理內(nèi)存分配。
再說為什么不直接訪問物理內(nèi)存：
其次，虛擬內(nèi)存管理以及到物理內(nèi)存的映射是現(xiàn)代處理器和操作系統(tǒng)必備功能，因?yàn)闆]有虛擬內(nèi)存管理的話，就不能實(shí)現(xiàn)諸如動(dòng)態(tài)分頁，Swap等。如果直接訪問物理內(nèi)存，就像feature phone或嵌入式系統(tǒng)，內(nèi)存訪問出錯(cuò)容易導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰或者破壞其它程序的數(shù)據(jù)。
再次，有虛擬內(nèi)存管理，才可能有多進(jìn)程。
最后，Linux確實(shí)是對(duì)內(nèi)存分頁了，但不可能按你說的方法，因?yàn)轫摰拇笮∈枪潭ǖ模鴥?nèi)核與應(yīng)用申請(qǐng)時(shí)不一定是固定大小，這會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存使用效率低下。
最后，你可以去讀一下關(guān)于Linux內(nèi)存管理的文檔，或者《深入理解Linux內(nèi)核》中關(guān)于內(nèi)存管理
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