前言廢話：
linux記憶體管理涉及的原理知識太多了，也是學習linux系統軟硬體繞不開的部分，筆者水準有限，隻能随心列出一點點了解，希望能幫助到衆多學習linux的技術人員。
我們知道處理器core序列化執行指令，第一步是讀指令，從哪裡讀呢，當然是支援随機通路的ram存儲器（norflash也可以，這裡不說）。
當然啦，要讀ram，就需要一個叫做位址的東西去規定從ram的哪一個單元去讀，這裡拿32位core總線來舉例簡單說明硬體原理，從硬體上說就是在某幾個時鐘周期内給這32位位址總線上加上不一樣的電平，比如這32位位址線的狀态是10000000 00000000 00000000 00000000，就代表要操作第0x80000000的存儲單元，然後再給用電平邏輯告訴ram是要讀，然後就用資料總線輸出這個單元的資料。
處理器core執行指令幹嘛呢？當然是處理資料，對于cpu而言，直接的資料來源可能是ram，也可能是某外設（統一編位址獨立編址，這裡不說），都是需要一個位址來表征要操作哪個單元。
綜上所述，位址很重要。
正題：
1.三類位址：邏輯位址 虛拟位址 實體位址
實體位址：當存儲器與cpucore總線接好之後，每一個存儲單元的位址在特定的配置下是唯一的，不變的，每個存儲單元都有一個位址，這個位址就是實體位址。
邏輯、虛拟位址：linux系統中，虛拟位址是理論位址，是理論上能操作的位址，有一個範圍，比如32位系統，就是0~0xffffffff，并且在linux系統中，邏輯位址與虛拟位址一緻，舉例,邏輯位址的0x88888888就是虛拟位址的0x88888888，可這個邏輯、虛拟的0x88888888可不一定對應到實體位址的0x88888888，可能一會是0x02019888一會是0x12019888，linux記憶體管理的魅力就在這裡。那幹脆一個名字不行麼，不行，邏輯位址隻是說和虛拟位址在linux系統中一緻，他它兩在概念上差别可大了，這裡我們不多說。
使用了虛拟位址之後，整個軟體上層的設計變得簡單多了，代碼的編譯連接配接，作業系統核心、應用空間的位址規劃，應用程式的執行位址空間等等都統一的使用虛拟位址，與硬體平台位址的耦合性大大降低，使得軟體的開發移植變得相當容易，通用性大大增強。
一個現實的問題是，不是所有使用32位core的系統都要配全4G位址的存儲和裝置，在linux早期很多系統隻有幾百k 大小的ram，那虛拟位址和實體位址一定要産生某些聯系才行，我們接下來就來看看linux下這個邏輯、虛拟位址(以下統稱虛拟位址）是怎樣與實體位址産生關聯的。
2.MMU
MMU是一個與core相連的子產品，其功能就是是把虛拟位址轉化成實體位址，我們搞個圖來看看：
圖相當明顯了，功能上沒什麼好說的。但具體到這個子產品是怎麼工作的，怎麼配置的，那就有的說了，再搞張圖來看看：
上圖是個兩級mmu的映射表示，20-31 共12bits一級，對應為4096個項，第二級12-19共8bits共256項，最後0-11共12bits是OFFSET。
舉例：給一個虛拟位址1000 0000 0001 0001 0001 0000 0000 0100對應的實體位址是啥呢，我們就要去查表，首先查20-31bit 一級映射1000 0000 0001對應的實體位址的第20-31bit表的第1000 0000 0001項裡面的内容是0000 0000 0001 ，實體位址12bits就有了，以此類推，二級0001 0001項的内容是0000 0001則實體位址的中間8bit就有了，然後最後再來個0000 0000 0100的OFFSET，整個實體位址就出來了：0000 0000 0001 0000 0001 0000 0000 0100，虛拟位址0x80111008，經MMU轉化之後變成0x00111008并且值小了許多。linux虛拟位址0-4G而實際運作在實體記憶體隻有幾百M的的系統上的原因了。
MMU硬體子產品作為CORE和MEM的中介，它到底做了哪些具體的事呢？大體說來可以描述如下：
從上面的圖中可以看出，core通路實際的實體存儲需要經過mmu，mmu要從實體存儲中讀取頁表，計算實體位址，然後core再用實體位址通路真正需要的目的地，這麼幾個來回的通路，直覺上看，通路速度好像慢了好幾倍啊，其實并無多大影響，接着看：
這裡就不得不介紹cache了，不同的随機儲存設備，通路速度是不一樣的，core的主頻往往比儲存設備的主頻高的多，幾倍甚至幾十倍，資料吞吐的關鍵是外部存儲的速度，記憶體通路的話，就是DDR的速度，DDR時鐘周期是N,core是M,則不論M多小，通路一次ddr都需要至少N時間，cache的通路速度可以與cpu相當，在mmu從實體記憶體中讀取頁表的時候，可以直接從cache中讀，速度極快，一個ddr的通路周期裡面，core ，mmu，cache已經把虛拟位址，實體位址的事給做完了，并未增加多少時間，并不會需要n*N的時間，當然啦，cache大小有限，會出現miss的情況，miss了就真的需要花多餘的時間去DDR中讀頁表了。
那麼上圖中操作步驟就可以描述為：
1—CPU核心(圖中的ARM)發出VA請求讀資料，TLB(translation lookaside buffer)接收到該位址，那為什麼是TLB先接收到該位址呢？因為TLB是MMU中的一塊高速緩存(也是一種cache，是CPU核心和實體記憶體之間的cache)，它緩存最近查找過的VA對應的頁表項，如果TLB裡緩存了目前VA的頁表項就不必做translation table walk了，否則就去實體記憶體中讀出頁表項儲存在TLB中，TLB緩存可以減少通路實體記憶體的次數。
2—頁表項中不僅儲存着實體頁面的基位址，還儲存着權限和是否允許cache的标志。MMU首先檢查權限位，如果沒有通路權限，就引發一個異常給CPU核心。然後檢查是否允許cache，如果允許cache就啟動cache和CPU核心互操作。
3— 如果不允許cache，那直接發出PA從實體記憶體中讀取資料到CPU核心。
4— 如果允許cache，則以VA為索引到cache中查找是否緩存了要讀取的資料，如果cache中已經緩存了該資料(稱為cache hit)則直接傳回給CPU核心，如果cache中沒有緩存該資料(稱為cache miss)，則發出PA從實體記憶體中讀取資料并緩存到cache中，同時傳回給CPU核心。但是cache并不是隻去讀取Core所需要的資料，而是把相鄰的資料都去上來緩存，這稱為一個cache line。
拓展:現在有6G記憶體，12G記憶體是如何處理的呢？
----用64bit的core，當然32bit的core也有過一些曲線的方法來通路>4G的記憶體，這裡就不讨論了。
3.linux系統三個資料集：頁目錄DIRECTORY，頁表TABLE，偏移量OFFSET
32位系統中，
頁目錄：1024項，每項32bits，每項大小範圍二進制10bits即0~1023也即1024個項，每項裡面的内容是啥呢？是實體記憶體中一個頁表的位址，注意是實體位址，也就是說MMU硬體上去通路記憶體，從記憶體中拿頁表的位址，使用的是實體位址。另外這裡的1024不準确，不同體系的cpu可能不一樣，arm會有4096項，甚至将來的8192項等等。
盜個圖來看看：
圖中隻能是示意圖，是intel X86 32位的情景下的圖，讀者可能會發現，與上面的mmu映射有點像哦.directory，table到底是什麼樣的資料結構，核心軟體上如何實作對他們的管理的呢，隻能深入代碼來看了。
4.linux存儲系統初始化
我在剛開始接觸kernel的時候，我很崇拜和迷惑，因為2000多萬行的代碼确實容易讓人迷惑，忽視了cpu執行代碼的本質邏輯。本質上說，在cpu看來，核心代碼和你寫的printf（“hello world”）沒有本質差別，都是要告訴我指令在哪裡，資料往那裡存，執行什麼運算，就這麼簡單。從代碼的角度看，一個段代碼，有資料段，代碼斷，堆棧段，有全局變量，有局部變量，核心代碼量再大功能再天花亂墜，這個本質沒有變。是以不要看到kernel就覺得，好複雜啊，不知道從哪入手啊，知道上面的本質之後，是不是突然覺得，也就是代碼量大一點，功能多一點而已。
挑出記憶體管理着一塊的核心代碼來閱讀：
首先解決第一個問題，核心image如何存放，cpu如何從ddr中取得核心的第一條指令，代碼如何指定核心的entry位址的，又是怎麼安排一個語句為第一條指令的。下
我們知道，bootloader在把核心的image，ramdisk還有裝置樹檔案dtb從flash讀到記憶體之後，把dtb和ramdisk的分區或者位址寫在某個固定的位址上或者寄存器中，然後跳轉到kernel entry開始執行kernel。
（等待繼續）
5.記憶體配置設定管理函數（代碼）
6.記憶體碎片的産生以及mem pool技術
未完待續