linux内核编程13期:内存管理

2023-05-16

内管管理子系统是Linux内核中比较复杂的一个模块,也是很多Linux开发者的“梦魇”,无论是Linux新手、运维、应用开发者,还是有多年经验的驱动工程师,在学习内存管理时,面对错综复杂的一个系统,往往有老虎吃天,无从下口的感觉,理不清里面的道道,感觉犹如在热带雨林中散步,没有方向感和全局感,一叶障目,或者说对其没有一个整体的把握。

Linux内存管理子系统由各种不同的模块和机制构成:伙伴系统、memblock、slab、slub、slob、per-cpu缓存、page、zone、node、

ZONE_DMA、ZONE_NORMAL、ZONE_HIGHMEM、MMU、TLB、kmalloc、vmalloc、alloc_page、kmem_cache_alloc、kmap、mmap、ioremap、remap_pfn_range、缺页异常、匿名映射、文件映射、共享映射、私有映射、设备映射.....

它们之间是如何交互的,是如何相互依赖的,面对如此多的知识点,如何对它们进行梳理,把它们整理成一个有条理、有结构的一个完整的内存框架,让人一目了然,快速理解整个内存管理框架,明白各个模块的作用及接口函数的使用,是一件很考验人耐心的事情。

在本期课程中,为了让学员更加轻松地学习和理解内存管理,更好地理解整个内存管理框架,作者花了大量的时间,对Linux内存子系统中各个模块和知识点进行重新编排,从最底层到最上层,步步推进,帮助学员一步一步搭建一个完整的内存管理框架。对于Linux内存管理学习新手来说,跟着课程节奏一步一步来,也会很快平滑切入到内存管理的深入学习中,一步一个脚印,步步推进,有条理、不抓瞎、不迷路。对于有多年经验的驱动工程师、嵌入式工程师来说,如果你一直在忙,对内存管理没有时间进行系统地学习过,或者学过搁浅过,也可以看看本期课程,花个1~2天的时间刷一遍,也会让你对内存管理子系统有一个更通透的理解,对整个内存管理框架有一个更清晰的认识。就像学汉字一样,当别人一页一页教你识字时,本期课程重点分享的则是教你掌握字典这本书的“框架”:索引+汉字,音序查字法、部首查字法...

除了帮助学员快速搭建一个完整的内存管理框架,本期课程还会对很多模棱两可的细节,包括作者以前想探寻而没时间去研究的各种细节,尤其是书籍上、资料上没有涉及的细节进行详细的讲解:比如页表到底是个什么东东?存放在哪里?由谁在维护?页表里到底有啥?MMU和页表是如何协同工作的?用户进程的页表在哪里?映射到底是个什么东西?为什么文件可以直接映射到进程的地址空间里?高端内存和低端内存的边界是如何划分的?Linux运行在64MB物理内存的系统上,和运行在2GB、3GB的物理内存上,内存布局有啥不一样?由谁在管理这个布局?... 作者会带你深入汇编级代码分析,深入内核源码分析,帮你揭开一个又一个这样的细节和迷惑...

学完本期课程的预期收获:

  • Linux物理内存管理

  • Linux虚拟内存管理

  • 深入理解MMU工作机制

  • 深入理解映射、页表等核心概念

  • 一个通透的Linux内存子系统框架

  • 内存接口函数及实现机制

本期课程适合哪些人学习?

  • Linux运维、应用开发人员

  • 嵌入式工程师

  • Linux软件工程师

  • 驱动工程师

  • 内核工程师

  • 在校大学生、研究生

  • 对内存管理感兴趣的Linux爱好者

本期课程共44个课时,附加2个内存、寄存器电路的硬件工作原理课时,一共46个课时。时间总长11小时,视频总大小7.57GB。

目前已公开在B站,免费观看!B站搜:宅学部落,即可观看

课程的详细目录如下:

  • 什么是内存管理?

  • 内存硬件电路与接口

  • 物理内存管理:page、zone和node

  • 伙伴系统:buddy system

  • 物理页面的迁移类型:migratetype

  • Per-CPU页帧缓存

  • 页分配器接口:alloc_pages

  • 连续内存分配器:CMA

  • 伙伴系统初始化(1): memblock

  • 伙伴系统初始化(2): 内存释放

  • 伙伴系统初始化(3): .init内存释放

  • 伙伴系统初始化(4):CMA内存释放

  • slab、slob和slub分配器

  • kmalloc机制实现分析

  • 虚拟地址和MMU工作原理

  • 二级页表的工作原理

  • 揭开页表神秘的面纱(上)

  • 揭开页表神秘的面纱(下)

  • TLB 和 Table Walk Unit

  • Linux虚拟内存管理

  • 虚拟内存管理:线性映射区

  • 低端内存和高端内存的边界划分

  • 二级页表的创建过程分析(上)

  • 二级页表的创建过程分析(中)

  • 二级页表的创建过程分析(下)

  • 虚拟内存管理:vmalloc区

  • 寄存器映射:ioremap

  • 高端内存映射

  • 虚拟内存管理:pkmap区

  • 虚拟内存管理:fixmap区

  • 虚拟内存管理:modules区

  • 用户进程的页表

  • 缺页异常机制

  • 用户页表的刷新

  • mmap映射机制: 编程实例

  • mmap映射机制: remap_pfn_range

  • mmap映射机制: 文件映射

  • 文件映射缺页异常

  • 设备映射缺页异常

  • mmap映射机制:匿名映射

  • 私有映射和共享映射

  • 系统调用brk实现机制

  • 反向映射

  • 本期课程小结

附件01 寄存器电路的实现

附件02 RAM电路的实现分析

课程配套的文档、代码,已经发布到网盘,购课学员可以直接下载学习了。本期课程的彩蛋是:作者花心思绘制的Linux内存子系统全景图,送给每位学员。时不时翻一翻此图,对让你对整个内存子系统框架有一个更清晰的认知。

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