前言廢話：
linux內存管理涉及的原理知識太多了，也是學習linux系統軟硬件繞不開的部分，筆者水平有限，只能隨心列出一點點理解，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，從哪裏讀呢，當然是支持隨機訪問的ram存儲器（norflash也可以，這裏不說）。
當然啦，要讀ram，就需要一個叫做地址的東西去規定從ram的哪一個單元去讀，這裏拿32位core總線來舉例簡單說明硬件原理，從硬件上說就是在某幾個時鐘週期內給這32位地址總線上加上不一樣的電平，比如這32位地址線的狀態是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，然後就用數據總線輸出這個單元的數據。
處理器core執行指令幹嘛呢？當然是處理數據，對於cpu而言，直接的數據來源可能是ram，也可能是某外設（統一編地址獨立編址，這裏不說），都是需要一個地址來表徵要操作哪個單元。
綜上所述，地址很重要。
正題：
1.三類地址：邏輯地址 虛擬地址 物理地址
物理地址：當存儲器與cpucore總線接好之後，每一個存儲單元的地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地址，這個地址就是物理地址。
邏輯、虛擬地址：linux系統中，虛擬地址是理論地址，是理論上能操作的地址，有一個範圍，比如32位系統，就是0~0xffffffff，並且在linux系統中，邏輯地址與虛擬地址一致，舉例,邏輯地址的0x88888888就是虛擬地址的0x88888888，可這個邏輯、虛擬的0x88888888可不一定對應到物理地址的0x88888888，可能一會是0x02019888一會是0x12019888，linux內存管理的魅力就在這裏。那乾脆一個名字不行麼，不行，邏輯地址只是說和虛擬地址在linux系統中一致，他它兩在概念上差別可大了，這裏我們不多說。
使用了虛擬地址之後，整個軟件上層的設計變得簡單多了，代碼的編譯連接，操作系統內核、應用空間的地址規劃，應用程序的執行地址空間等等都統一的使用虛擬地址，與硬件平臺地址的耦合性大大降低，使得軟件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地址的存儲和設備，在linux早期很多系統只有幾百k 大小的ram，那虛擬地址和物理地址一定要產生某些聯繫纔行，我們接下來就來看看linux下這個邏輯、虛擬地址(以下統稱虛擬地址）是怎樣與物理地址產生關聯的。
2.MMU
MMU是一個與core相連的模塊，其功能就是是把虛擬地址轉化成物理地址，我們搞個圖來看看：
圖相當明顯了，功能上沒什麼好說的。但具體到這個模塊是怎麼工作的，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，對應爲4096個項，第二級12-19共8bits共256項，最後0-11共12bits是OFFSET。
舉例：給一個虛擬地址1000 0000 0001 0001 0001 0000 0000 0100對應的物理地址是啥呢，我們就要去查表，首先查20-31bit 一級映射1000 0000 0001對應的物理地址的第20-31bit表的第1000 0000 0001項裏面的內容是0000 0000 0001 ，物理地址12bits就有了，以此類推，二級0001 0001項的內容是0000 0001則物理地址的中間8bit就有了，然後最後再來個0000 0000 0100的OFFSET，整個物理地址就出來了：0000 0000 0001 0000 0001 0000 0000 0100，虛擬地址0x80111008，經MMU轉化之後變成0x00111008並且值小了許多。linux虛擬地址0-4G而實際運行在物理內存只有幾百M的的系統上的原因了。
MMU硬件模塊作爲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訪問實際的物理存儲需要經過mmu，mmu要從物理存儲中讀取頁表，計算物理地址，然後core再用物理地址訪問真正需要的目的地，這麼幾個來回的訪問，直觀上看，訪問速度好像慢了好幾倍啊，其實並無多大影響，接着看：
這裏就不得不介紹cache了，不同的隨機存儲設備，訪問速度是不一樣的，core的主頻往往比存儲設備的主頻高的多，幾倍甚至幾十倍，數據吞吐的關鍵是外部存儲的速度，內存訪問的話，就是DDR的速度，DDR時鐘週期是N,core是M,則不論M多小，訪問一次ddr都需要至少N時間，cache的訪問速度可以與cpu相當，在mmu從物理內存中讀取頁表的時候，可以直接從cache中讀，速度極快，一個ddr的訪問週期裏面，core ，mmu，cache已經把虛擬地址，物理地址的事給做完了，並未增加多少時間，並不會需要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爲：
1—CPU內核(圖中的ARM)發出VA請求讀數據，TLB(translation lookaside buffer)接收到該地址，那爲什麼是TLB先接收到該地址呢？因爲TLB是MMU中的一塊高速緩存(也是一種cache，是CPU內核和物理內存之間的cache)，它緩存最近查找過的VA對應的頁表項，如果TLB裏緩存了當前VA的頁表項就不必做translation table walk了，否則就去物理內存中讀出頁表項保存在TLB中，TLB緩存可以減少訪問物理內存的次數。
2—頁表項中不僅保存着物理頁面的基地址，還保存着權限和是否允許cache的標誌。MMU首先檢查權限位，如果沒有訪問權限，就引發一個異常給CPU內核。然後檢查是否允許cache，如果允許cache就啓動cache和CPU內核互操作。
3— 如果不允許cache，那直接發出PA從物理內存中讀取數據到CPU內核。
4— 如果允許cache，則以VA爲索引到cache中查找是否緩存了要讀取的數據，如果cache中已經緩存了該數據(稱爲cache hit)則直接返回給CPU內核，如果cache中沒有緩存該數據(稱爲cache miss)，則發出PA從物理內存中讀取數據並緩存到cache中，同時返回給CPU內核。但是cache並不是只去讀取Core所需要的數據，而是把相鄰的數據都去上來緩存，這稱爲一個cache line。
拓展:現在有6G內存，12G內存是如何處理的呢？
----用64bit的core，當然32bit的core也有過一些曲線的方法來訪問>4G的內存，這裏就不討論了。
3.linux系統三個數據集：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，每項裏面的內容是啥呢？是物理內存中一個頁表的地址，注意是物理地址，也就是說MMU硬件上去訪問內存，從內存中拿頁表的地址，使用的是物理地址。另外這裏的1024不準確，不同體系的cpu可能不一樣，arm會有4096項，甚至將來的8192項等等。
盜個圖來看看：
圖中只能是示意圖，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到底是什麼樣的數據結構，內核軟件上如何實現對他們的管理的呢，只能深入代碼來看了。
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，因爲2000多萬行的代碼確實容易讓人迷惑，忽視了cpu執行代碼的本質邏輯。本質上說，在cpu看來，內核代碼和你寫的printf（“hello world”）沒有本質區別，都是要告訴我指令在哪裏，數據往那裏存，執行什麼運算，就這麼簡單。從代碼的角度看，一個段代碼，有數據段，代碼斷，堆棧段，有全局變量，有局部變量，內核代碼量再大功能再天花亂墜，這個本質沒有變。所以不要看到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。
挑出內存管理着一塊的內核代碼來閱讀：
首先解決第一個問題，內核image如何存放，cpu如何從ddr中取得內核的第一條指令，代碼如何指定內核的entry地址的，又是怎麼安排一個語句爲第一條指令的。下
我們知道，bootloader在把內核的image，ramdisk還有設備樹文件dtb從flash讀到內存之後，把dtb和ramdisk的分區或者地址寫在某個固定的地址上或者寄存器中，然後跳轉到kernel entry開始執行kernel。
（等待繼續）
5.內存分配管理函數（代碼）
6.內存碎片的產生以及mem pool技術
未完待續