Linux内存管理－－基本概念及相关数据结构

一、内存管理的基本概念

       1．存储空间

       在32位嵌入式系统中，存储空间的地址范围从0x00000000到0xFFFFFFFF。这4GB存储范围内可以包括以下几种存储空间：

       设备空间（MT_DEVICE）、内部高速SRAM空间（MT_CACHECLEAN）、内部mini cache空间（MT_MINICLEAN）、低端中断向量空间（MT_LOW_VECTORS）、高端中断向量空间（MT_HIGH_VECTORS）、RAM内存空间（MT_MEMORY）、ROM（flash）空间（MT_ROM）

       2．内存空间

       系统的内存空间特指上面的RAM内存空间。

       3．内存页（page）

       Linux是以页（page）为单位来管理物理内存的，一页大小一般等于4096（字节）。页容量越大，系统中可能存在的内存碎片就越多。对应内存页的重要数据结构有struct page。

       4．内存区段（bank）

       一个内存bank表示一块连续内存区域，一个bank一般对应处理器的一个RAM片选管脚上连接的RAM芯片内存空间。对应内存bank的数据结构有struct meminfo。

       5．内存节点（node）

       内存节点是指有一个或者多个内存bank组成的内存集合，如果一个内存节点由多个内存bank组成，这些内存bank之间可以地址连续，也可以不连续，即内存节点内可以存在内存孔洞。对应内存节点的重要数据结构有struct pglist_data(pg_data_t)。

       6．内存页区（zone）

       内存页区是定义在内存节点（node）内的概念，每个内存节点可分为3个内存页区，即DMA页区（ZONE_DMA=0）、Normal页区（ZONE_NORMAL=1）和HighMem页区（ZONE_HIGHMEM=2），三个页区的含义如下：

1）  DMA页区：可以进行DMA操作的RAM内存区域。

2）  Normal页区：不能进行DMA操作的RAM内存区域。

3）  HighMem页区：属于高端内存的区域，高端内存是指系统中的物理内存容量太大，其中高于一定域值的RAM内存页区就是高端内存页区。

对应的内存页区的重要数据结构有struct zone。

7．空闲内存区域（free area）

对应内存空闲区域的重要数据结构有struct free_area。

8．NUMA（Non-Uniform Memory Access）非一致内存访问

二、内存管理相关数据结构

       1．Struct page内存页描述符结构

       struct page {

       page_flags_t flags;  页标志字

       atomic_t _count;    页引用计数器

       atomic_t _mapcount;     页映射计数器

       unsigned long private;    私有数据指针

       struct address_space *mapping;    该页所在地址空间描述结构指针，用于内容为文件的页帧

       pgoff_t index;               该页描述结构在地址空间radix树page_tree中的对象索引号即页号

       struct list_head lru;        最近最久未使用struct slab结构指针链表头变量

#if defined(WneANT_PAGE_VIRTUAL)

       void *virtual;                

#endif /* WANT_PAGE_VIRTUAL */

};

 2.struct per_cpu_pageset每CPU高速缓存内存组结构

struct per_cpu_pageset {
 struct per_cpu_pages pcp[2]; /* 0: hot.  1: cold */
#ifdef CONFIG_NUMA
 unsigned long numa_hit;  /* allocated in intended node */
 unsigned long numa_miss; /* allocated in non intended node */
 unsigned long numa_foreign; /* was intended here, hit elsewhere */
 unsigned long interleave_hit;  /* interleaver prefered this zone */
 unsigned long local_node; /* allocation from local node */
 unsigned long other_node; /* allocation from other node */
#endif
} ____cacheline_aligned_in_smp;

3.struct per_cpu_pages CPU高速缓存描述结构

struct per_cpu_pages {
 int count;  /* number of pages in the list */
 int low;  /* low watermark, refill needed */
 int high;  /* high watermark, emptying needed */
 int batch;  /* chunk size for buddy add/remove */
 struct list_head list; /* the list of pages */
};

4.struct pagevec 页向量描述结构

struct pagevec {
 unsigned long nr; 该页向量中的内存页数
 unsigned long cold;冷热标志 0 热区 非0 冷区
 struct page *pages[PAGEVEC_SIZE]; 该页向量中的页描述结构指针数组
};

5.struct page_address_map页地址映射描述结构

struct page_address_map {
 struct page *page; 页的描述结构
 void *virtual; 页的虚拟地址
 struct list_head list; 通过list字段连接到页表池全局链表page_address_pool中
};

6.static struct page_address_slot页地址槽描述结构

static struct page_address_slot {
 struct list_head lh;   /* List of page_address_maps */
 spinlock_t lock;   /* Protect this bucket's list */
} ____cacheline_aligned_in_smp page_address_htable[1<