最近复习Linux内存管理部分，简单将自己的理解记录一下

内存：包括随机存储器（RAM），只读存储器（ROM），以及高速缓存（CACHE）
RAM：随机存取存储器，掉电丢失，CPU直接交换数据的内部存储器，也叫主存(内存)。可以随时读写，而且速度很快
ROM：只读存储器，掉电不丢失，只读不可写，用于存放计算机的基本程序和数据
Cache：高速缓冲存储器，位于CPU与内存之间，读写速度比内存更快。当CPU向内存中写入或读出数据时，这个数据也被存储进高速缓冲存储器中

1.内存管理单元（MMU）

1.1 MMU的作用

内存管理单元MMU，辅导操作系统进行内存管理
1）提供虚拟地址和物理地址的映射，使用转换表存储（使开发者感觉程序可以访问非常大的虚拟内存空间，从而不用考虑计算机物理内存实际容量）
2）提供内存访问权限保护（例如.text和.data段，是被MMU设置为只读的）
3）提供cache缓存控制等硬件支持

1.2 MMU相关概念

1）TLB（Translation Lookaside Buffer）：转换旁路缓存，也就是转换表的Cache，负责缓存少量的虚拟地址和物理地址转换关系。
2）TTW（Translation Table walk）：转换表漫游，当TLB中没有对应的虚拟及物理地址转换关系，需要进行TTW转换表漫游，访问内存中转换表获得虚拟及物理地址转换关系，成功后，结果写入到TLB中。

1.3 ARM处理器访问内存过程

这是在Linux设备驱动开发详解里找到的一张图，加以自己对这张图的理解，大概过程如下：
当处理器访问一块内存时，如果已经开启了MMU，则去TLB中查找是否有对应的虚拟地址及物理地址转换关系，未找到则进行TTW操作，访问内存中的转换表获得转换关系，成功后，结果写入到TLB中。
而若一开始便在TLB就找到了转换关系，便继续检查访问权限，访问权限正确，则查看要访问的这片内存，是否已经被读取到cache中，未读取到cache则直接访问内存并更新cache，在cache中找到便直接进行访问。

2.内存优化之buddy伙伴算法

2.1 背景

嵌入式开发经常遇到的一个问题就是，频繁请求和释放不同大小的内存，会导致许多外部空闲碎片，造成空间的浪费，buddy算法以2的n次方个页面为单位管理内存，将空闲内存进行拆分或合并，能有效提高内存利用率及减少外部碎片。
而在平常使用的应用层内存池，其实也是这种类似的思想。

buddy算法管理的内存称为伙伴内存：相同大小、物理地址连续、从同一个大内存块拆分出。

2.2 优缺点

buddy算法优点：
1）快速响应内存分配请求
2）能有效提高内存利用率及减少外部碎片

buddy算法缺点：
1）在连续的一片内存中，即使有一个很小的块还没有释放，也会阻碍大的内存块合并。

2）会产生一定的内部碎片，当申请的内存不是2的幂次方申请内存时，便会有部分内存浪费
3）拆分和合并会涉及链表和位图操作，有一定的系统开销。

2.2 原理

初始化：操作系统在分配内存时，会将所有的空闲页框，分组为11块链表，每一块链表分别包含大小为1，2，4，8，16，32，64，128，256，512，1024个连续的页框。
内存块申请：假设要申请256页的块，算法会先从256页的节点中查找是否有空闲块，如果存在这个大小的空闲节点，则会直接将这个节点拿去使用，而若没有这个大小的节点，则去512页的节点中查找，如果存在这样的块，则将512页的这个空闲节点分成两等份，一份拿去用，一份则插入到256页的链表中，如果512页的节点也没有，则继续往1024页的节点中去找。如果一直没能找到，则发出错误信号，申请内存失败。
内存块释放：内存释放其实就是内存申请的逆向过程，比如要释放4页内存，首先会到链表中4页的节点寻找伙伴，如果找到并且伙伴也未在使用，则合并为一个更大的块，并不断向上查找伙伴，直到无法再找到伙伴，便插入链表对应位置，并标记内存可用。
位图操作：二进制位图的某一位对应两个互为伙伴的块，分配和释放，都是在对位图进行异或操作，异或的结果1代表其中一块已经分配，0表示两块都空闲或都已分配。
异或操作为0，则代表两个内存块此时状态一致，可进行合并，反之不能合并。
（异或：相同为0，不同为1 ）

内存链表大概结构如下：

内存位图大概结构如下：

等有时间继续依据buddy算法来实现一个内存池