1. 物理内存管理概述
Linux是一种开源操作系统，具有高度可定制性和灵活性。在Linux中，进程可以同时运行多个任务，每个任务都需要占用一定的物理内存空间。物理内存管理是操作系统的重要功能之一，用于有效地分配和管理系统的内存资源。
2. 内存分配
2.1 页表
Linux使用了一种称为页表的数据结构来管理物理内存。页表将虚拟内存地址映射到物理内存地址，以实现内存的分配和访问。
Linux采用了分页存储管理模式，将内存分为固定大小的页面。每个页面的大小通常是4KB或者2MB。虚拟地址空间被划分为多个页面，并通过页表将这些页面映射到物理内存。
在分配内存时，操作系统会创建一个新的页表项，并将虚拟内存地址与物理内存地址进行映射。这样，进程就可以使用虚拟地址来访问分配给它的物理内存。
2.2 内存分配算法
Linux使用了多种内存分配算法来管理物理内存。其中最常见的是伙伴系统分配算法和Slab分配器。
2.2.1 伙伴系统
伙伴系统分配算法将物理内存视为一系列大小相等的内存块，每个内存块的大小都是2的幂次方。当进程请求内存时，系统会根据请求的大小找到一个合适的内存块分配给它。
例如，当进程请求4KB的内存时，系统会找到一个大小为4KB的内存块分配给它。如果没有合适大小的内存块可用，系统会将较大的内存块分割成较小的块，然后再次尝试分配内存。
伙伴系统算法的优点是能够有效地管理碎片化的内存空间，提高内存的利用率。但是，它也存在一些缺点，例如内存分配的开销较大，可能会导致一些性能问题。
2.2.2 Slab分配器
Slab分配器是Linux内核中使用的一种高效的内存分配算法。它通过将物理内存划分为一系列大小相等的Slab来管理内存。
Slab是一种内存缓存区，用于存储特定大小的内存块。当进程请求内存时，Slab分配器会检查是否有合适大小的Slab可用。如果有，就从Slab中分配一块内存给进程。
Slab分配器的优点是能够快速地分配和回收内存，减少了内存分配的开销。它还可以通过重用已分配的内存块来降低内存碎片化的程度。
3. 内存回收
3.1 页面置换
当系统的物理内存不足时，Linux会使用页面置换算法将一部分页面从物理内存中换出到磁盘上。当进程再次访问被置换出的页面时，系统会将其从磁盘中换入到物理内存。
Linux使用了一种称为LRU（Least Recently Used）的页面置换算法来选择被置换出的页面。该算法会根据页面的访问时间，选择最长时间未被访问的页面进行置换。
页面置换是一种延迟型操作，当系统的物理内存不足时才会发生。它可以帮助系统保持较高的内存利用率，但也可能导致一些性能问题，例如频繁的页面置换会增加内存访问的延迟。
3.2 内存回收算法
Linux使用了一种称为自适应内存回收（AMR）算法来回收未使用的内存。该算法会根据系统的内存使用情况来调整内存回收的速度。
当系统的内存使用过高时，AMR会加速内存回收以释放更多的内存。当系统内存使用较低时，AMR会降低内存回收的速度，以避免过度回收，减少内存回收对系统性能的影响。
4. 总结
Linux通过页表和内存分配算法来管理物理内存，以实现内存的分配和访问。它使用了伙伴系统和Slab分配器等多种算法来分配和回收内存。页面置换和自适应内存回收算法则用于回收未使用的内存。这些内存管理技术使Linux具有高效利用内存、降低内存碎片化、提高系统性能的能力。
// 示例代码
#include <stdio.h>
int main() {
int *ptr = malloc(sizeof(int));
if (ptr == NULL) {
printf("内存分配失败\n");
return 1;
}
*ptr = 10;
printf("分配的内存地址：%p\n", ptr);
printf("分配的内存值：%d\n", *ptr);
free(ptr);
return 0;
}