[Linux内存]linux内存学习（三）——内存管理基础

1，linux内核内存管理

arm体系结构的内存建立是在

kernel/arch/arm/kernel/setup.c文件里~

linux内核设计与实现——内存管理

linux内核中，内核把物理页作为内存管理的基本单元，处理器最小的寻址单位是字节，从虚拟内存角度看，页是最小单位。

内核中使用struct page结构来表示每个物理页，系统中每个物理页都有这样的一个结构体。所有的页描述符存在mem_map数组中，每个页描述符（struct page）长度为32字节。

typedef struct page {
struct list_head list;
struct address_space *mapping;
unsigned long index;
struct page *next_hash;
atomic_t count;
unsigned long flags;
struct list_head lru;
unsigned long age;
wait_queue_head_t wait;
struct page **pprev_hash;
struct buffer_head * buffers;
void *virtual;
struct zone_struct *zone;
} mem_map_t;

Linux提供page_zone()函数用来接收一个页描述符的地址作为它的参数；它读取该描述符中的flags字段的最高位，然后通过查看zone_table数组来确定相应管理区描述符的地址

所有的页描述符存放在全局mem_map数组中，其数组的下标为页框号（pfn）页描述符与页框的映射

virt_to_page(addr)：线性地址addr对应的页描述符地址

pfn_to_page(pfn)：页框号pfn对应的页描述符地址

page_to_pfn(pg)： 页描述符对应的页的页框号pfn

内核页划分为不同的区，linux主要有四种区

ZONE_DMA 用来执行DMA相关操作

ZONE_NORMAL 能正常映射的页

ZONE_HIGHEM 高端内存

ZONE_DMA,ZONE_NORMAL,ZONE_HIGHEM是针对物理页来划分的。

每个区使用了struct zone结构体来表示

▪Linux提供page_zone()函数用来接收一个页描述符的地址作为它的参数；它读取该描述符中的flags字段的最高位，然后通过查看zone_table数组来确定相应管理区描述符的地址

kmalloc（）函数和vmalloc()函数的区别：

kmalloc()函数分配的内存是物理上连续的，而Vmalloc()函数分配的内存仅仅是虚拟地址连续的，正常内核编程通常使用kmalloc()，这主要是处于性能的考虑，因为vmalloc()将物理不连续的页转换为虚拟地址空间上连续的页，必须专门建立页表项，vmalloc()仅仅在当需要使用大块的内存的时候才会使用，典型的如模块被动态插入内核的时候。另外很多硬件设备需要的是物理地址连续的页，因为很多硬件设备存在于内存管理单元（MMU）之外。另外vmalloc()函数可能睡眠，不能在中端上下文使用，而kmalloc加GFP_ATOMIC可以保证用在不能睡眠的地方

保留的页框池

当在处理中断或者执行临界区内的代码的时候，代码申请内存的时候不能被阻塞，如果当前内存空闲的内存不够，那么直接返回失败，为了尽量减少失败的次数，内核为原子内存分配请求保留了一个页框池，最下为128K，最大为65536KB（为关键分配保留的最小值）

2，UMA和NUMA

UMA：一致内存访问，系统中每个处理器访问各个内存区都是同样块

NUMA：非一致内存访问，系统中各个CPU都有自己的本地内存，各个处理器通过总线连接起来，以支持对其他cpu的本地内粗访问

（N）UMA中的内存模型

在NUMA上内存划分为节点，每个节点关联到一个处理器，各个节点通过单链表的形式组织，UMA上只有一个节点，节点用struct pg_data_t结构体表示，各个节点又分为内存区域，区域通过结构体struct zone表示，区域有ZONE_DMA,ZONE_NORMAL,ZONE_GIGHMEM等，各个内存区域关联到一个数组，用来管理属于该内存区域的物理页，对于每个物理页，使用struct page结构体表示。

3，内存域水印

内存水印由struct zone结构体中的pages_min,pages_high,pages_low表示，如果空闲页多于pages_high,则内存域的状态是理想的，如何内存页的数量低于pages_low,则内核开始将页换出到硬盘，

内存域水印：

即使linux当前内存某个zone有多于所申请的pages的时候也不一定分配成功，因为有内存水印的概率，具体是通过__zone_watermark_ok（）函数来判断的。

watermark的种类：

enum zone_watermarks {
WMARK_MIN,    // 说明当前可以内存达到最低限了
WMARK_LOW,    // 可用内存很少了，但还没到最低限，不是很紧急的情况，就不要占用内存了
WMARK_HIGH,   // 剩余内存丰富，大家放心使用
NR_WMARK
};

4,冷热页

struct zone结构体中的pageset成员用于实现冷热分配器，内核说页是热的意味着页已经加载到CPU的高速缓存，冷页不在高速缓存中，每个cpu都有自己的冷热页数组。