软件角度看看内存
关于内存，从软件的角度去查看，其实作为一个软件程序员，大多数对这个维度的接触还是蛮多的。
linux中有个free命令，其就是查看系统内存的情况。
free命令的选项也比较简单，常用的参数命令如下。 -b 以Byte为单位显示内存使用情况。 -k 以KB为单位显示内存使用情况。 -m 以MB为单位显示内存使用情况。 -g 以GB为单位显示内存使用情况。 -o 不显示缓冲区调节列。 -s<间隔秒数> 持续观察内存使用状况。 -t 显示内存总和列。 -V 显示版本信息。 下面是Linux机器中使用free -m命令看到的内存情况。 $ free -m total used free shared buff/cache available Mem: 7763 5507 907 0 1348 1609 Swap: 16197 2940 13257
figo@figo-OptiPlex-9020:～$ 可以看到，这个机器上一共有7 763MB物理内存。 total：指系统中总的内存。这里有两种内存，一个是“Mem”，指的是物理内存；另一个是“Swap”，指的是交换磁盘。 used：指程序使用的内存。 free：未被分配的物理内存大小。 shared：共享内存大小，主要用于进程间通信。 buff/cache：buff指的是buffers，用来给块设备做缓存，而cache指的是page cache，用来给打开的文件做缓存，以提高访问文件的速度。 available：这是free命令新加的一个选项。当内存短缺时，系统可用回收buffers和page cache。那么availabe = free + buffers + page cache对不对呢？ 其实在现在的Linux内核中，这个公式不完全正确，因为buffers和page cache里并不是所有的内存都可以回收的，比如共享内存段、tmpfs 和 ramfs 等属于不可回收的。所以这个公式应该变成：available = free + buffers + page cache – 不可回收部分。
在我们写代码的时候也会用到malloc()这个函数，如果你申请内存没有用到，那可能是你使用的高级语言，申请内存的函数封装了malloc。
对于这些函数瞅一眼就行了，需要用的时候再好好深入学习一下这个里面的东西。了解这个API背后的实现。
下面让我们再软件层面从内存的布局和进程的角度去认识一下内存
1、从内存布局图角度看内存管理
书里面有句话写的挺好的，到达一个景区，先看看景区的地图，会让我们在里面浏览的游刃有余。（当然未知也能带来惊喜）在内存管理学习也是，这里我们来看看内存的布局，对我们的学习是会大有好处的。
我们知道Linux是分为两种状态 用户态和内核态，Linux内核需要跑在硬件平台上，硬件平台也有自己的状态。这里还是ARM，ARM有其中处理器的模式。
用户模式（user）：用户程序运行的模式。 系统模式（system）：特权模式。 一般中断模式（IRQ）：普通中断模式。 快速中断模式（FIQ）：快速中断模式。 管理模式（supervisor）：操作系统的内核通常运行在该模式下。 数据访问终止模式（abort）：当数据或者指令预取终止时进入该模式，用于虚拟存储及存储保护。未定义指令模式（undefined）：当未定义的指令执行时进入该模式，可用于支持硬件协处理器的软件仿真。
Linux内核的用户态和内核态两种模式分别对应的用户模式和管理模式。
这里还是以32位，对应4GB，内核一般内核：用户按照1：3的比例分配。这也是可以修改的。
我们知道分页机制，赋予了每个进程都有寻址4GB的空间，因为每个进程都有自己的进程表。
Virtual kernel memory layout: vector : 0xffff0000 - 0xffff1000 ( 4 kB) fixmap : 0xffc00000 - 0xfff00000 (3072 kB) vmalloc : 0xf0000000 - 0xff000000 ( 240 MB) lowmem : 0xc0000000 - 0xef800000 ( 760 MB) pkmap : 0xbfe00000 - 0xc0000000 ( 2 MB) modules : 0xbf000000 - 0xbfe00000 ( 14 MB) .text : 0xc0008000 - 0xc0658750 (6466 kB) .init : 0xc0659000 - 0xc0782000 (1188 kB) .data : 0xc0782000 - 0xc07b1920 ( 191 kB) .bss : 0xc07b1920 - 0xc07db378 ( 167 kB)
（这部分信息是在mem_init()函数中输出的。虚拟内存）
内核空间是从3GB开始，lowmem这段空间其实就是我们常说的线性映射区。（为啥虚拟地址明明在高位却是low，继续看）所谓的线性映射区，就是物理内存线性地映射到这段内核空间的区域中。在 ARM32 平台上，物理地址[0:760MB]的这一部分内存被线性映射到[3GB :3GB+760MB]的虚拟地址上（因为其物理地址在低位）。
线性映射区的虚拟地址和物理地址相差PAGE_OFFSET，即3GB。内核中有相关的宏来实现线性映射区的虚拟地址到物理地址的查找，例如__pa(x)和__va(x)。
其中，__pa()把线性映射区的虚拟地址转换为物理地址，转换公式很简单，即用虚拟地址减去PAGE_OFFSET（3GB），然后加上PHYS_OFFSET（这个值在有的ARM平台上为0，在ARM Vexpress平台上为0x6000_0000）。
物理内存被分成了两部分，低端的部分用在线性映射区，线性映射区就是这里的“lowmem”区域。剩下的高端部分的物理内存被称为高端内存（High Memory），内核要使用它，必须通过高端映射的方式来访问。
内核通常把低于760MB的物理内存称为线性映射内存（Normal Memory），而高于760MB以上的称为高端内存。
（这个高端是针对内核内存来说，780到1G）
这个分给内核的1G分成了高端和线性。
高端780到1G是干啥呢？
剩下的264MB虚拟地址空间是保留给vmalloc机制、fixmap和高端异常向量表等使用的。内核很多驱动使用vmalloc机制来分配连续虚拟地址的内存，因为有的驱动不需要连续物理地址的内存；除此以外，vmalloc机制还可以用于高端内存的临时映射。一个32位的系统中，实际支持的内存数量会超过内核线性映射的长度，但是内核要具有对所有内存的寻找能力。
（这里我想的是虽然在内核，但是我内核还是要对整个内存有个控制能力，这里就是体现，在vmalloc机制就可以干这个：个人看法，有纠正的大佬在评论区告诉小的一下）
编译器在编译目标文件并且链接完成之后，就可以知道内核映像文件最终的大小，接下来将其打包成二进制文件，该操作由arch/arm/kernel/vmlinux.ld.S 控制，其中也划定了内核的内存布局。
内核image本身占据的内存空间从_text段到_end段，并分为如下几个段。
text段：_text和_etext为代码段的起始和结束地址，包含了编译后的内核代码。
init段：__init_begin和__init_end为init段的起始和结束地址，包含了大部分内核模块初始化的数据。
data段：_sdata和_edata为数据段的起始和结束地址，保存大部分内核的已初始化的变量。
BSS段：__bss_start和__bss_stop为BSS段的开始和结束地址，包含初始化为0的所有静态全局变量。
上述几个段的大小在编译链接时根据内核配置来确定，因为每种配置的代码段和数据段长度都不相同，这取决于要编译哪些内核模块，但是起始地址_text 总是相同的。内核编译完成之后，会生成一个System.map文件，查询这个文件可以找到这些符号的具体数值。
这是整个Linux内核的输出日志绘制的内存布局图
2、进程角度看内存
上面我们对整个内核内存分布有了个大概的认识，下面再从进程的角度来看看。
在windows下的可执行文件的格式为.exe，而Linux的下的是ELF。这是一种文件格式，就是告诉你文件是怎么存储的。怎么存储什么意思？就是这玩意是什么？放在哪里？应该以什么姿势去放？
整个ELF的图看看
这些内容和内核空间定义也差不多。
代码段（.text）：程序源代码编译后的机器指令被存放在这个代码段里。 数据段（.data）：存放已初始化的全局变量和已初始化的局部静态变量。 bss段（.bss）：用来存放未初始化的全局变量以及未初始化的局部静态变量。
写一个程序，其实是依赖很多的其他的程序，因此自己写的程序需要编译链接后才能使用，对这部分有点疑惑可以自己先去看看C语言编译链接这个过程，大爷要是不想动，让我动，给你
整一篇的话，请留言哦。
时起到辅助作用，暂时先不用关注它们。程序在编译链接时会尽量把相同权限属性的段分配在同一个空间里，例如，把可读可执行的段放在一起，包括代码段、init段等；把可读可写的段放在一起，包括.data段和.bss段等。ELF把这些属性相似并且链接在一起的段叫作分段（Segment），进程在装载时是按照这些分段来映射可执行文件的。
描述这些分段的结构叫作程序头（Program Header），它描述了ELF文件是如何映射到进程地址空间的，这是我们比较关心的。
可以使用objdump或者readelf工具来查看ELF文件包含哪些段。
我们可以通过“readelf -l”命令来查看这些程序头。
在看的时候主要关注LOAD类型的分段，其他的都是在LOAD的时候起到辅助作用。
这是都是静态的。
在如果你想去看看静态的，可以通过proc文件系统来看看Linux内核的运行情况。每个进程运行之后，在/proc/pid/maps节点会列出当前进程的地址映射情况。
对于proc不了解的可以看看大帅比的文章了解一下 --------->>>>>>>Linux内核追踪（一）：proc/sys/debugfs
第1行中显示了地址0x10000～0x870000这段进程地址空间，它的属性是只读并且可执行的，由此我们知道它是代码段，也就是之前看到的代码段的程序头。
第2行中显示了地址0x96000～0x98000，它的属性是可读可写的进程地址空间，也就是我们之前看到的数据段的程序头。
第 3 行中显示了地址 0x98000～0xbb000，这段进程地址空间叫作堆空间（Heap），也就是通常使用malloc分配的内存，大小是140KB。test进程主要使用malloc分配100KB的内存，这里看到Linux内核会分配比100KB稍微大一点的内存空间。
第4行显示test进程的栈（stack）空间。
第5行是Sigpage的进程地址空间，Sigpage是ARM体系结构中特有的页面。
第6行是ARM中高端映射的异常向量（vectors）。
这里说的进程地址空间，在 Linux 内核中使用一个叫作 VMA 的术语来描述，它是vm_area_struct数据结构的简称，在虚拟内存管理部分会详细介绍它。另外，/proc/pid/smaps节点会提供更多的地址映射的细节，以代码段的VMA和堆的VMA为例。
另外，/proc/pid/smaps节点会提供更多的地址映射的细节，以代码段的VMA和堆的VMA为例。
这里就不深入去讲诉这些，毕竟咱们这是宏观篇，对内存从不同角度有个认识，有个大概的了解，目的就达到了。
