眾所周知，內存管理是Linux內核中最基礎，也是相當重要的部分。理解相關原理，不管是對內存的理解，還是對大家寫用戶態代碼都很有幫助。很多書上、很多文章都寫了相關內容，但個人總覺得內容太復雜，不是太容易理解，這裏想用我自己理解的簡單的方式來描述，希望能有所幫助。本篇文章由圓柱模板博主原創，轉載需註明！

內存的分配

大家寫代碼時，應該都會分配內存，不同語言，層次不同，使用的接口不同，不管使用哪種方式，在Linux系統中，基本上都會調用到C庫的malloc接口，那就從malloc分配內存開始。

malloc就是用於分配一段內存，但這裏分配到的內存並非物理內存，而是虛擬內存，這裏沒有嚴格區分虛擬地址、線性地址之類的概念，只會給大家添負擔，也不深入講述物理內存和虛擬內存的概念，書上通常有大量的篇幅介紹，大家可以簡單這樣理解：

• 虛擬內存就是從進程的角度看，邏輯上的概念，並不實際存在；

• 物理內存就對應物理上內存條上的內存；

• 虛擬內存和物理內存有對應關系；
• 虛擬內存分配時，相應的物理內存還沒有分配；

虛擬內存到物理內存的映射

由頁表來建立虛擬內存到物理內存之間的映射關系。 頁表就是在內存中的一張表，可以簡單看做一張hash表，記錄的是虛擬地址和物理地址的對應關系，每個虛擬地址對應一個表項，通過這張表，就能將虛擬地址轉換為物理地址，也就能建立虛擬內存到物理內存的映射關系了。

頁表的使用

頁表有了，那誰來用呢？不可能是應用程序自己用吧，我寫代碼時好像從來都沒見過頁表？ 當然，用戶看到的只是虛擬地址(虛擬內存)，其他的對用戶都是透明的~ CPU中有個硬件單元，叫MMU(內存管理單元)，頁表就是給MMU硬件用的，MMU使用頁表進行虛擬地址到物理地址的映射。也就是說，地址映射是由硬件完成的，軟件(包括操作系統內核自身)都不管關心。 都說軟件不用關心了，那我們為嘛還需要講頁表？ 軟件只是不用頁表而且，但頁表的創建和維護都是由軟件(操作系統內核)負責的，也就是說我們(軟件)創建虛擬內存和物理內存的映射關系，然後由硬件來自動進行地址映射(轉換)，我們不需要關心具體的轉換過程。 前面說了，頁表是在內存中，而頁表是由軟件創建的，那MMU如果知道頁表到底在哪兒呢？ 簡單說，需要我們(軟件)告訴它在哪兒，如何告訴？當然，寫寄存器。CPU上有特別的寄存器(CR3)，向其中寫入頁表的地址，MMU就知道了，然後硬件自己使用即可，我們就不管了。

頁表的數量問題

看似一張頁表就能完成所有的地址映射了？ 當然不行，如果是這樣，虛擬內存就沒有什麽必要存在了。 這裏又涉及新概念了:進程，這是操作系統中最基礎的概念，其實不“新”。 系統中，所有任務都是以進程方式運行的，每個進程都有自己的獨立的虛擬地址空間，好像又說復雜了，簡單說，就是每個進程都有自己的虛擬內存，獨立代表，其他進程看不到自己的虛擬內存，那麽就意味著，每個進程都需要獨立的虛擬內存到物理內存的映射，就是說，每個進程都需要自己的頁表。 所以，系統中有多少進程，就有多少張頁表。

頁表創建

簡單來說，討論linux頁表就是討論linux進程的的頁表：linux頁表的創建與更新都包含於進程的創建與更新中。當前的linux內核采用的是寫時復制方法，在創建一個linux進程時，完全復制父進程的頁表，並且將父子進程的頁表均置為寫保護（即寫地址的時候會產生缺頁異常等）。那麽父子進程誰向地址空間寫數據時，產生缺頁異常，分配新的頁，並將兩個頁均置為可寫，按照這種方式父子進程的地址空間漸漸變得不同。 按照上面的分析, 只需要討論第一個進程頁表初始化，進程創建時頁表的拷貝，以及缺頁異常時頁表的更新即可。

什麽是缺頁異常

簡單說，就是硬件上的一種機制，當硬件檢測到某種“不對”時，主動觸發，然後會自動跳轉到異常處理程序處理。異常跟中斷類似，區別在於，中斷是異步的，由外設觸發；異常是同步的，由CPU自己觸發。

好了，時間也比較晚了，就寫到這，該睡覺了，明天又得早期了！明天晚上繼續寫寫這些理論的東西！學習需要堅持！

我理解的Linux內存管理