内核和处理器负责将虚拟内存映射到物理内存。为了提高效率，会在称为页面的内存组中创建内存映射，其中每个页面的大小是处理器的详细信息。尽管大多数处理器也支持更大的容量，但通常有4 KB，Linux称其为 hugepage大页面。内核可以从其自己的空闲列表中为物理内存页面请求提供服务，内核为每个DRAM组和CPU维护这些请求以提高效率。内核自己的软件也通常通过内核分配器(例如slab分配器)从这些空闲列表中消耗内存。

内存页和交换

典型的用户内存页面的生命周期如图7-2所示，其中列举了以下步骤：

1.  应用程序从内存分配请求开始(例如，libc malloc() )。

2.  分配库可以从其自己的空闲列表中为内存请求提供服务，或者它可能需要扩展虚拟内存来容纳。根据分配库，它将：

1.  通过调用brk() syscall并将堆内存用于分配来扩展堆的大小。

2.  通过mmap() 系统调用创建一个新的内存段。

3.  稍后，应用程序尝试通过存储和加载指令使用分配的内存范围，这涉及调用处理器内存管理单元(MMU)进行虚拟到物理地址的转换。至此，虚拟内存的谎言就暴露出来了：该地址没有映射！这会导致称为页面错误的MMU错误。

4.  页面错误由内核处理，内核建立从其物理内存可用列表到虚拟内存的映射，然后将该映射通知MMU以供以后查找。现在，该过程占用了额外的物理内存页面。进程使用的物理内存量称为其驻留集大小(RSS)。

5.  当系统上的内存需求过多时，内核页面输出守护程序(kswapd)可能会寻找可用的内存页面。它将释放三种类型的内存中的一种(尽管只有(c)如图7-2所示，因为它显示了用户内存页面的生命周期)：

1.  从磁盘读取但未修改的文件系统页面(称为“由磁盘支持”)：可以立即释放这些页面，并在需要时简单地重新读取。这些页面是应用程序可执行的文本，数据和文件系统元数据。

2.  已修改的文件系统页面：这些是“脏”的，必须先写入磁盘，然后才能释放它们。

3.  应用程序内存页面：由于它们没有文件来源，因此被称为匿名内存。如果正在使用交换设备，则可以先将它们存储在交换设备上来释放它们。将页面写到交换设备称为交换(在Linux上)。

内存分配请求通常是频繁的活动：对于繁忙的应用程序，用户级别的分配每秒可能发生数百万次。加载和存储指令以及MMU查找更加频繁。它们每秒可能发生数十亿次。在图7-2中，这些箭头以粗体显示。其他活动相对较少：brk()和mmap()调用，页面错误和页面退出(较亮的箭头)。

page-out daemon页面输出守护程序

定期激活页面输出守护程序(kswapd)以扫描非活动和活动页面的LRU列表，以寻找可用的内存。如图7-3所示，当空闲内存越过低阈值时它将被唤醒，而当空闲内存越过高阈值时将回到睡眠状态。

kswapd协调后台页面调出；除了CPU和磁盘I/O争用外，这些不应直接损害应用程序性能。如果kswapd无法足够快地释放内存，则会超过可调的最小页面阈值，并使用直接回收；这是释放内存以满足分配条件的前台模式。在这种模式下，分配阻塞(停顿)并同步等待页面被释放。