Linux内核 内存管理(1)概述

一.内存管理硬件结构

CPU拥有VA进行访问,通过MMU进行VA->PA的转换,TLB是MMU的一部分,是地址转换的缓存。TLB miss之后会去找主存里的页表。

一旦获取PA之后,PA以及其对应的数据会放到cache(L1 L2),都找不到也会去找主存。

swap是把主存中暂时不用的数据交换到磁盘里面。

缓存内容

地址映射(虚拟→物理)

数据块(指令或数据)

归属模块

MMU(内存管理单元)

存储器层次结构

输入类型

虚拟地址

物理地址(通常)

性能目标

减少地址转换延迟

减少数据访问延迟

二. 内存管理总览

可以按照从上往下的顺序,也就是从用户空间分配,到内核空间,再到硬件层面的实现

user

用户进程:应用程序通过内存分配接口(如malloc)请求虚拟内存空间。

malloc/mmap/mlock/madvise/mremap:用户态内存管理API,用于分配、锁定、调整或映射内存。

kernel

系统调用:用户进程通过sys_brk、sys_mmap等陷入内核,触发内核层内存操作。

sys_brk:扩展进程堆空间的系统调用,通常由malloc隐式调用。

sys_mmap:将文件或匿名内存映射到进程地址空间的系统调用。

VMA管理:内核通过虚拟内存区域(VMA)记录进程地址空间的映射属性(如权限、文件关联)。

缺页中断:访问未分配物理页的虚拟地址时,CPU触发中断,内核分配物理页并建立映射。

匿名页面:存储进程堆/栈数据的物理页,无文件背景(如malloc分配的内存)。

page cache:缓存文件数据的物理页,加速文件读写(如mmap文件映射)。

页面回收:内核通过LRU等算法回收闲置页面(如匿名页或page cache)。

slab:内核小内存分配器,管理频繁使用的数据结构(如task_struct)。

伙伴系统:内核物理页分配器,以页为单位管理空闲内存,解决外部碎片问题。

页表管理:维护虚拟页到物理页的映射关系(含用户/内核页表)

三. 内存分配器简图

其中slab主要是给内核用的,用来分配字节大小的内存

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08-01 13:10
已编辑
武汉大学 Java
面试官非常普通的进入了面试,对于楼主直球表达的对一面面评的疑惑表示,太底层的东西我们都不问的(???)。1. 自我介绍2. tinykv有没有做出突出的优化点(没有)3. tinykv底层用的什么存储,badgerDB,好那你来说一下lsm tree的八股。4. lsm tree胡言乱语几min,楼主也是好久没系统介绍过lsm tree,基本想到啥说啥(读放大、写放大、kv分离、memtable),哪哪都不深入。5. b-tree和b+tree区别,使用场景,继续复读面经(但在复读至跳表时惨遭打断)6. lsm tree相较于b+tree的优势(最传统的ssd优势已经全忘了,吟诵的是方便调参以及更合适云存储场景使用)7. hash冲突怎么解决(参考java,红黑树,还有其他方法,但楼主没复习早忘了)8. hashmap怎么提高并发性能(参考java,分段锁),分几段比较好(不知道,楼主回答跑benchmark一测便知)9. 持久化的hashmap怎么在持久化的时候提供服务(楼主回答了双buffer设计,但只记得这个名字,细节早忘了),不用双buffer怎么做(那更是一窍不通)10. 面试官表示hashmap都是用mmap的,并且会自动写入磁盘(不懂什么意思,面试官说大家都知道,反正楼主不知道),并且持久化的时候会改一堆的链表,那么假如一个线程在改的过程中寄了导致链表只改了一部分,怎么办?(怎么办,凉拌,毫无思路,说像数据库事务一样整个redolog,楼主自己都觉得性能差)11. 编程题:写一个hashmap。楼主写了1h,不是因为难,只是因为菜。12. 有什么可以优化点?(楼主绞尽脑汁说了两点,vector预先申请大块空间、链表连续)13. 反问:做啥的:非关系型数据库作息:弹性,10点钟下班太晚了(不愧是藤子,至少楼主面的快手/百度/滴滴都表示这个点下班稀松平常)真的不care楼主对高性能存储什么都不懂吗:暧昧的眼神流程几面:3+1面后面聊了些数据库现状,面试官表示时序与对象数据库需求增大,存储行业仍有前景。很普通的二面,虽然很寄,就是很普通的深入到某个点就什么也不会了而已,楼主就这么菜,这点楼主早就知道了。成则称teg深入底层,越老越吃香,可顺利度过35岁危机;败则称teg钱少事多,绩效在集团垫底,就是因为根本没有发财的机会才会越老越吃香。楼主对db没有执念了,不会就是不会,没相关实习就是没相关实习,db不需要楼主这样浅尝辄止的人并非楼主的过错。不许愿三面了,早点挂了投ieg或者wxg去也不失为另一条康庄大道。———————————————挂了,投个sre提前批试试。tx无限复活就是好,每个岗位的面试都能体验一遍。
下一个更好呗:鸡架还是能跑路就跑,特别是数据库中的关系型数据库,2027年要全部国产化,现在基本上都成熟了,ob这些早就霸占市场了,其他db研发团队需求没那么大。
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