虚拟内存与物理内存协同管理 · 课程目录

虚拟内存基础

为什么需要虚拟内存？虚拟地址与物理地址的映射关系。

分页机制详解

页表结构、页框、页内偏移、多级页表。

分段机制详解

段表、段选择子、逻辑地址到线性地址的转换。

段页式管理

结合分段与分页，现代操作系统（如x86）的内存管理模型。

TLB（快表）原理

TLB的作用、TLB miss处理、TLB刷新策略。

页面置换算法（上）

FIFO、LRU、Clock算法原理与实现。

页面置换算法（下）

LFU、MFU、最优置换算法（OPT）及性能对比。

内存分配策略

伙伴系统、slab分配器、kmalloc与vmalloc。

物理内存管理

NUMA架构、内存节点、内存域、页迁移。

虚拟内存管理

进程地址空间布局（栈、堆、BSS、数据段、代码段）。

内存映射（mmap）

文件映射、匿名映射、共享内存的实现。

缺页异常处理

硬缺页、软缺页、写时复制（Copy-on-Write）。

交换空间（Swap）

交换分区、交换文件、换入换出策略。

内存回收机制

kswapd内核线程、LRU链表、内存压力管理。

大页内存（Huge Pages）

透明大页、显式大页、大页配置与性能。

内存压缩技术

zswap、zram、内存压缩算法（LZO、LZ4）。

KSM（内核同页合并）

原理、配置、适用场景。

内存错误处理

ECC内存、软错误、内存故障隔离（MCE）。

内存屏障与一致性

Store Buffer、Invalidate Queue、内存屏障指令。

DMA缓冲区、一致性映射、流式映射、IOMMU。

用户态内存管理

malloc/free实现（ptmalloc、jemalloc、tcmalloc）。

内存泄漏检测

Valgrind、AddressSanitizer、kmemleak。

内存性能分析

perf、numastat、vmstat、sar内存指标解读。

Cgroup内存控制

memory cgroup、内存上限、软限制、oom控制。

容器内存隔离

Docker/K8s内存限制、cgroup v2内存管理。

虚拟化内存管理

影子页表、EPT（扩展页表）、内存气球技术。

持久内存（PMEM）

NVDIMM、DAX、持久内存编程模型。

栈溢出、堆溢出、Use-After-Free、内存安全语言（Rust）。

异构内存管理

GPU显存管理、统一内存（UM）、HBM与CXL内存。

未来内存技术

存算一体、近存计算、内存驱动计算架构。