Kernel —— Memory management

== Structure ==
内核中内存管理，分为三个部分：
物理内存的组织，虚拟内存的组织，以及为二者建立联系的内存的分配。
我所谈的都是内核中逻辑层面内容。
说实在的逻辑上的都是虚的，就好比一个国家好多机构，每几个干实事儿的，可确实不能缺了。
其实，要能说明白，为什么分为这三部分，将会是一件非常有意义的事。可以用Kant的有机目的论来解释。

== Understand ==
物理内存组织
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简单说来，linux用node, zone, page. 对物理内存在逻辑上做了不同粒度的划分，来实现组织物理内存的目的。
就好比，你要去看一个房子，最先看到的是外形，高楼还是平房。你从node角度看到的，
会是UMA or NUMA。简单说一下二者区别：
UMA，只有一个node，所有cpu访问内存一样快。一般都是这个模型。用numactl or numastat能看到你的pc mem类型。
NUMA，内存被切分了成多个node，每个cpu一个，访问local node很快;反之，非本地的就慢了。
接下来，再靠近内存一些依稀，划分的粒度更精细。从zone的角度，你会看到物理内存被分为不同的区域。为什么分成不同zone？
32-bit:DMA 16MB NORMAL 896MB HIGHMEM 4GB
64-bit:DMA 16MB DMA32 4GB  NORMAL 
最后，就是page。你看到就像发好的面，被筛子按压过一样。内存被分成一块块的page。
所以说这三个概念，描述的都是一样的东西，只不过粒度不同。

内存分配
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内存分配，从调用关系上分为三个方面的内容：
Page alloctor
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作为所有内存分配基础行为，分配单位page。
alloc_pages()：返回struct page *;
__get_free_pages:返回the logical address，不能分配高端内存.

内核空间内存分配
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对应32bit系统1GB的内核空间
Slab layer：建立再buddy system之上，作为cache，防碎片，更细粒度的内存分配，不需页表，kmem_cache_alloc，kmalloc。
vmalloc: 在Highmem分配，页表在init_mm.
kmap, kmap_atomic,

用户空间内存分配
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malloc->sys_brk...->alloc_pages对应3GB的用户空间，页表在task_struct->mm。
页表
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作为物理和虚拟内存的胶水。

虚拟内存组织
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在32-bit系统中4GB地址空间分为1GB的内核空间和3GB的用户空间,。
1GB内核空间：线性映射区，vmalloc区，Permanent Mappings kmap ，FIX Mappings
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vmalloc 存在虚拟地址和物理地址的非线性映射关系。要vmap_area_list的rb tree 保存分配地址的信息。
线性区很简单。


3GB用户空间Process address space。：txt， data， bss，heap，stack

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linux 用mm_struct 代表process address space。
而vm_area_struct VMA则代表猎了如text，bss，data再程序文件中的段以及共享映射区。

Lateral exploration
vmalloc区和process address space的分配管理是一样的。
vm_struct 和vm_area_struct 就是一个模子里刻出来的。
页表建立机制不同。map_vm_area和缺页中断。
vmalloc的页表在init_mm,而process的页表在进程的mm_struct.
进程的页表再do_fork中copy父进程的而创建的，vmalloc用的是swapper_pg_dir
另外进程的页表在缺页中断时更新。