内存管理是linux内核比较重要的一个模块，其实也是任何操作系统里的一个核心专题。在实际的开发工作中，经常会遇到和内存牵扯的问题，比如内存泄露啊，内存越界等。如果你的技术仅仅只是停留于业务层面，对内核的东西一无所知，遇到这些问题往往是束手无策的。我们从事嵌入式linux开发的，应用程序跑在linux操作系统上，你总不能对程序的运行载体一无所知吧。网上有很多关于内存管理的博客，零零散散，对对错错，并不系统，我在阅读了大概上百篇博客之后，结合最新版本（5.2）的内核源码，写了这个系列的文章。
我喜欢研究新的内核，都9102年了，还有人抱着0.11版本或者是2.6.0版本的内核进行研究，他们的出发点都是低版本的内核代码量少，简单易看，但我还是觉得就像手机，买新不买旧。由于内核代码开发人员比较多，还是会有一些垃圾代码存在的，开发人员会持续更新，垃圾代码也就会越来越少，比如以前没有设备树的概念，Linus Torvalds在2011年3月17日的ARM Linux邮件列表宣称“this whole ARM thing is a fucking pain in the ass”，有点脏就不翻译了，反正就是整个arm都是垃圾的意思，这句话引发了ARM Linux社区的地震，随后ARM社区进行了一系列的重大修正。在过去的ARM Linux中，arch/arm/plat-xxx和arch/arm/mach-xxx中充斥着大量的垃圾代码，相当多数的代码只是在描述板级细节，而这些板级细节对于内核来讲，不过是垃圾，如板上的platform设备、resource、i2c_board_info、spi_board_info以及各种硬件的platform_data。社区必须改变这种局面，于是PowerPC等其他体系架构下已经使用的Flattened Device Tree（FDT）进入ARM社区的视野。Device Tree是一种描述硬件的数据结构，它起源于OpenFirmware(OF)。在Linux2.6中，ARM架构的板极硬件细节过多地被硬编码在arch/arm/plat-xxx和arch/arm/mach-xxx，采用Device Tree后，许多硬件的细节可以直接透过它传递给Linux，而不再需要在kernel中进行大量的冗余编码。
图 李纳斯
另外最新版本的内核相比以前做了许多技术上的革新，就算是基础机制比如内存管理也同样有在持续进步。
开篇撤了许多技术无关的东西，到此为止，我们进入主题。由于是第一篇，所以我想简单点，不讨论复杂的东西，就介绍一些基本概念。
在学习内存管理前，你必须了解这些基本概念，才能继续往下看。物理地址和虚拟地址的操作，学过操作系统的人都是了解的。
物理地址：（physical address），也叫实地址（real address）、二进制地址（binary address），它是在地址总线上，以电子形式存在的，使得数据总线可以访问主存的某个特定存储单元的内存地址。
虚拟地址：虚拟地址是相对于物理地址来说的。虚拟地址的提出，主要是为了解决在操作系统中，多进程内存地址重复，大进程在小内存运行等问题 。
Linux内核一般将进程的虚拟地址空间划分为两部分：底部较大的部分用于用户进程，顶部则用于内核，也就是经常听到的用户空间和内核空间。在IA-32(intel 32位架构)系统上，虚拟地址空间在用户进程和内核之间划分的典型比例是3:1，arm亦是如此。现在的内核，该比例可以由用户进行配置，默认值仍旧是3:1。
通常32位Linux内核地址空间划分0~3G为用户空间，3~4G为内核空间。注意下图是32位内核虚拟地址空间划分，64位内核地址空间划分是不同的。
图 32位内核虚拟地址空间划分
内核需要管理所有的物理内存。为啥？因为你的应用程序通过malloc函数分配的虚拟内存都是由内核来分配的，而虚拟内存终究是要映射成实实在在的物理内存的。假设你电脑的物理内存是4G，那内核想要通过1G的虚拟内存来管理这4G的物理内存，很明显，简单的线性映射是无法做到的，因为空间不够。
上面的讨论提出了一个重要问题：
内核如何通过1G的虚拟内存，来管理大于1G的物理内存？即物理内存和虚拟内存的映射关系。这个问题贯穿了linux内存管理的始终。后续也会围绕这个问题层层铺开。
