前戲
本文我們來聊一聊Linux內存管理的用戶和內核空間吧。如果感興趣的話，評論區留言，我增加Linux相關的文章。
關於(32位)虛擬內存有三點需要注意：
- 4G的進程地址空間被人為的分為兩個部分--用戶空間與內核空間。用戶空間從0到3G（0xc0000000）,內核空間佔據3G到4G。用戶進程通常情況下只能訪問用戶空間的虛擬地址，不能訪問內核空間的虛擬地址。例外情況只有用戶進程進行系統調用（代表用戶進程在內核態執行）等時刻可以訪問到內核空間。
- 用戶空間對應進程，所以每當進程切換，用戶空間就會跟著變化；而內核空間是由內核負責映射，它並不會跟著進程變化，是固定的。內核空間地址有自己對應的頁表，用戶進程各自有不同的頁表。
- 每個進程的用戶空間都是完全獨立、互不相干的。
4G地址空間解析圖
上圖展示了整個進程地址空間的分佈，其中4G的地址空間分為兩部分，在用戶空間內，對應了內存分佈的五個段：數據段、代碼段、BSS段、堆、棧。
二、虛擬地址空間分配及其與物理內存對應圖
這個圖示內核用戶空間的劃分，圖中最重要的就是高端內存的映射，其中kmalloc和vmalloc函數申請的空間對應著不同的區域，同時又不同的含義。
三、物理內存分配圖
這張圖中頁解釋了三者的不同關係。這裡面有兩種算法涉及到。
夥伴算法：
一種物理內存分配和回收的方法，物理內存所有空閒頁都記錄在BUDDY鏈表中。首選，系統建立一個鏈表，鏈表中的每個元素代表一類大小的物理內存，分別為2的0次方、1次方、2次方，個頁大小，對應4K、8K、16K的內存，沒一類大小的內存又有一個鏈表，表示目前可以分配的物理內存。例如現在僅存需要分配8K的物理內存，系統首先從8K那個鏈表中查詢有無可分配的內存，若有直接分配；否則查找16K大小的鏈表，若有，首先將16K一分為二，將其中一個分配給進程，另一個插入8K的鏈表中，若無，繼續查找32K，若有，首先把32K一分為二，其中一個16K大小的內存插入16K鏈表中，然後另一個16K繼續一分為二，將其中一個插入8K的鏈表中，另一個分配給進程........以此類推。當內存釋放時，查看相鄰內存有無空閒，若存在兩個聯繫的8K的空閒內存，直接合併成一個16K的內存，插入16K鏈表中。（夥伴算法用於物理內存分配方案）
SLAB算法：
一種對夥伴算的一種補充，對於用戶進程的內存分配，夥伴算法已經夠好了，但對於內核進程，還需要存在一類很小的數據（字節大小，比如進程描述符、虛擬內存描述符等），若每次給幾個字節的數據分配一個4KB的頁，實在太浪費，於是就有了SLAB算法，SLAB算法其實就是把一個頁用力劈成一小塊一小塊，然後再分配。
結語
內存管理的用戶空間和內核空間是很重要的兩種概念，希望各位童鞋能夠掌握兩者的不同，以及作用。好了，本期文章over，感謝支持，下期再見！
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