内存测量

系统占用内存 free 旧版本free $ free total used free shared buffers cached Mem: 65960636 63933576 2027060 73392 1602076 32628548 -/+ buffers/cache: 29702952 36257684 Swap: 0 0 0 （1）第一行Mem：内存的使用情况，默认单位是Kb。 - tot

进程虚拟内存

进程虚拟地址空间 Executable and Linkable Format（ELF）   上图是可执行文件的内容结构图，由ELF header、program headers、各section、sections headers组成。 - ELF header：描述整个文件的基本属性，如文件版本号、目标机器型号、程序入口地址等。 - program headers：描述ELF文件该如何被操作系统

DMA与cache一致性

无DMA时：设备与内存之间数据搬运需要依靠CPU来完成。 有DMA时：DMA可以直接完成设备与内存直接的数据搬运，不需要cpu介入。 DMA的引入，优点是数据在内存和设备之间的搬运不需要CPU参与，这极大降低了CPU的负荷。但是也引入了新的问题，即cpu读取到的数据不一定是最新的，是因为中间cache的存在（如上图有DMA的情况），具体表现为当DMA修改从Device读取数据写入到memory后，

连续内存分配器CMA

CMA,contiguous memory allocator是内存管理子系统的一个模块，其主要为了解决分配连续的物理内存。尽管有了伙伴系统、slab分配器以及相关的内存回收机制，但是对于一些驱动如camera、display等模块一下需要分配比较大的一块连续物理内存，随着系统运行久之后，碎片化严重，分配较大的连续内存会变得困难，而同时又不能直接预留一块大的连续内存只用于连续物理内存分配，因为当模

slub分配器

伙伴系统内存分配是以物理页面4KB为单位，但是实际使用的时候不会一下使用到4KB。实际使用中很多情况会以字节为单位。因此为了更精确的划分使用内存，linux内核在伙伴系统之上使用slab分配器来进行管理。截止目前linux内核中从最初slab发展到现在，衍生了slub，slob三种方式。Linux内核通过配置，选择其中一种。本章节主要围绕slub分配器进行说明。 乒乓球的管理 某公司的组织架构如上

伙伴系统

相关结构体 核心结构体 struct pglist_data: 节点的描述，arm64 UMA架构中，只有一个节点。 struct zone node_zone：是一个数组，每个元素表示一个内存区域所对应的 struct zone 结构体。从名字可以看出，此数组的长度为 MAX_NR_ZONES，即它最多可以包含 MAX_NR_ZONES 个元素，因此，此数组通常用于描述系统所能支持的所有内存

内存初始化之物理内存初始化

恒等映射与内核镜像映射__create_page_tables preserve_boot_args：保持启动参数到boot_args数组 set_cpu_boot_maode_flag：设置关于cpu boot相关的全局变量 __create_page_tables：创建恒等映射页表，内核映像映射页表 __cpu_setup：为打开mmu做一些cpu相关的初始化 __primary_swit

内存初始化之页表基本操作

页表级数 如何确定page table level？确定了VABITS和PAGES size之后，页表级数也可确定，根据内核的配置如下： config PGTABLE_LEVELS int default 2 if ARM64_16K_PAGES && ARM64_VA_BITS_36 default 2 if ARM64_64K_PAGES && ARM64_VA

内存初始化基本概念

三级结构Node、Zone、Page Node与内存架构UMA、NUMA UMA架构（uniform memory acces） 一致内存访问，所有CPU访问内存都需要过总线，距离都是一样的，所以每个处理器访问各个内存块都是同样快。如上图4个CPU都通过系统总线来访问物理内存DDR。目前大部分嵌入式系统或台式机系统采用UMA架构。 NUMA架构（Non-uniform memory acces）

文件系统缓存

#To free pagecache echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches #To free dentry and inode cache echo 2 > /proc/sys/vm/drop_caches #To free pagecache,dentry cache,inode cache echo 3 > /proc/sys/vm/drop_c

内存管理概述

地址空间   虚拟地址：程序使用的内存地址；物理地址：硬件的地址空间。虚拟地址通过MMU转化为物理地址，虚拟地址的长度与实际的物理内存容量没有关系，从系统中每个进程的角度看，地址空间的进程无法感知其他进程的存在。   32位cpu处理的地址空间为2^32=4G，所以虚拟地址空间为4G，分为用户空间和内核空间。用户空间的范围0~TASK_SIZE（可配置）通常为0x00000000~0xBFFFFF

一切皆文件之块设备驱动（五）

实验环境 准备 kernel version: linux 5.15 kernel module: 块设备：simpleblk.ko 文件系统：simplefs.ko application： 制作文件系统：mkfs.simplefs 步骤 1.加载块设备驱动：insmod simpleblk.ko 2.加载文件系统：insmod simplefs.ko 3.查看文件系统类型：cat /proc/

一切皆文件之块设备驱动（四）

实验环境 kernel version: linux 5.15 kernel module: simpleblk.ko 参考上一章节 application：app_test 参考上一章节 块设备无文件系统方式读写 写数据 存储设备没有格式化挂载文件系统，那么对磁盘设备的操作会经过/dev/xxx tmpfs文件系统和bdev伪文件系统组合的方式读写磁盘。 Write系统调用经过VFS调用到def

一切皆文件之块设备驱动（二）

打开块设备 mknod 块设备同样要使用mknod创建设备节点，这与字符设备一样。会调用到init_special_inode填充inode的file_operations，只不过块设备注册的是def_blk_fops。 void init_special_inode(struct inode *inode, umode_t mode, dev_t rdev) { inode->i_mode

一切皆文件之块设备驱动（一）

块设备驱动简介 在linux系统中，有3大驱动类型，分别是：字符设备驱动、块设备驱动、网络设备驱动。块设备驱动与文件系统有着密不可分的关系，块设备是文件系统实际的数据传输单位，通常存储设备有eMMC，Nand/Nor flash，机械硬盘，固态硬盘等，这里所说的块设备驱动，实际就是这些存储设备驱动。块设备驱动与字符设备驱动有较大差异，块设备驱动是以块位单位进行读写，而字符设备驱动以字节为单位进行传

一切皆文件之字符设备

#include <linux/module.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/uaccess.h> #define DEVICE_NAME \"mychardev\" #define BUFFER_SIZE 1024 static char device_buffer; static int

文件系统常见系统调用

上一章节中，我们编写了没有带磁盘设备的文件系统，了解了文件系统操作的大致流程，本章节我们继续在上一章节的基础上完善文件系统，并梳理从用户空间到内核空间大致的调用流程。实验的代码我们使用开源的示例https://github.com/sysprog21/simplefs/tree/master，在启动本章节之前建议先搭建好试验环境，将simplefs挂载起来，当然有余力的也可以在上一节示例代码的基础

实现简单文件系统

文件系统注册与挂载 static struct file_system_type simplefs_fs_type = { .owner = THIS_MODULE, .name = \"simplefs\", .mount = simplefs_mount, .kill_sb = simplefs_kill_sb, }; static int __init init_simplefs(void) {

虚拟文件系统

  Linux系统中支持多种不同的文件系统，为了是用户可以通过一个文件系统操作界面，对各种不同的文件系统进行操作，在具体的文件系统（ext2/ext4等）之上增加了一层抽象一个统一的虚拟文件系统界面，向上提供归一化的文件操作，这个抽象层就称为虚拟文件系统。 为了实现抽象层，Linux内核定义了4个重要的数据结构对象。 supper block: 管理文件系统的相关描述信息。 Inode:一个文件对