内存管理一

最近在看《深入linux 内核架构》 内存管理的部分，写一下博客，做写总结，记录

3.1和3.2节的主要内容
1.UMA和NUMA 类型的计算机对内存的管理方式的影响

UMA，uniform memory access 一致性内存访问，在smp系统中，每个处理器访问各个内存区的速度是一样的
NUMA，non-uniform memory access 非一致性内存访问，每个cpu都有本地的内存，可以支持特别快速的访问，各个处理器之间用总线连起来，以支持对其他cpu的本地内存的访问，当然访问速度要比本地内存慢，下图可以很好的反映UMA 和NUMA 结构的区别：



内核对于UMA 和NUMA 类型的计算机都是以结点的方式来管理，对于UMA的计算机，其实就相当于只有一个NUMA节点的伪NUMA系统

2.linux 内核中表示内存三个数据结构，以及其关系
struct pglist_data:表示结点，每个结点关联到一个处理器，每个结点都会有三种类型的内存域，DMA,NORMAL,HIGHMEM,只有NORMAL的内存域会保证在每一个结点都有，其他两种类型的内存域有可能有，也有可能没有，pglist_data 数据结构是通过单链表来组织的

struct zone:表示内存域，就是一种类型的内存的集合，内存域会用一个数组来组织属于本域的页帧，page 表示的实例
struct page:页帧，内存管理的最小单元，在IA-32系统中标准页长度是4KiB，通过PAGE_SIZE 指定。PAGE_SIZE 宏定义如下：
#define PAGE_SHIFT 12
#define PAGE_SIZE (1 << PAGE_SHIFT)

三者的关系如下图所示：



3.三个数据结构的成员

typedef struct pglist_data {
        struct zone node_zones[MAX_NR_ZONES];  /*本结点中各种内存域的数组，保存的都是真实的zone ，而不是zone的指针，不存在的域填0*/
        struct zonelist node_zonelists[MAX_ZONELISTS];/*备用结点，如果当前结点没有可用空间的时候，可以使用备用结点的空间*/
        int nr_zones;                                 /*结点不同内存域的数目，具体怎么记录的不清楚，到后面看到使用的是来补充*/
        struct page *node_mem_map;                     /*指向page 实例的指针，包括结点所有内存域的页帧，就是pglist_data 中也有page*/
        struct bootmem_data *bdata;/*指向自举内存分配器数据结构实例，在内存管理子系统初始化之前需要的内存，就通过自举内存分配器提供*/

        unsigned long node_start_pfn;/*NUMA结点的第一个页帧的逻辑编号，所以结点的页帧是依次编号的，每个页帧的编号都是全局唯一的，不止是结点内唯一，在UMA 系统中，这个值总是0，因为只有一个结点，而且是从0开始编号的*/
        unsigned long node_present_pages;  /*结点中页帧数目，包括所有内存域的 */
        unsigned long node_spanned_pages; /* total size of physical page range, including holes */

        int node_id; /*NUMA 结点编号*/
        stuct pglist_data *pgdat_next; /*指向下一个内存结点的指针*/

/*以下的三个成员都是与交换相关的，到时候看到在回来补充*/
        wait_queue_head_t kswapd_wait;
        struct task_struct *kswapd; /* Protected by lock_memory_hotplug() */
        int kswapd_max_order;

} pg_data_t;

struct zone {
    /*通常由页分配器访问的字段*/
    unsigned long pages_min,pages_low,pages_high;/*是页换出时候的几个阈值*/
    unsigned long lowmem_reserve[MAX_NR_ZONES];/*保留的各种内存域的若干页，留着给不允许分配失败的关键内存分配使用*/
    struct per_cpu_pageset pageset[NR_CPUS]; /*记录每个cpu的冷/热页帧，在高速缓存的页帧称为热帧，反之称为冷帧*/

    /*不同长度的空闲区域*/
    spinlock_t lock;
    struct free_area free_area[MAX_ORDER];/*伙伴系统使用的，每个元素表示某种固定长度的连续内存区域,这只是一个起点*/
    ZONE_PADDING(_pad1_)

   /*通常由页面回收扫描程序访问的字段*/
    spinlock_t lru_lock;
    struct list_head active_list; /*活动页的集合，访问频繁称为活动,反之称为不活动*/
    struct list_head inactive_list;
    unsigned long nr_scan_active; /*内存回收的时候需要扫描的活动页的数目*/
    unsigned long nr_scan_inactive;
    unsigned long pages_scanned;
    unsigned long flags;  /*内存域当前状态*/

    /*内存域统计量*/
    atomic_long_t vm_stat[NR_VM_ZONE_STAT_ITEMS];/*内存域的统计信息*/
    int prev_priority;

    ZONE_PADDING(_pad2_)

    /*很少使用或者大多数情况下只读的字段*/
    wait_queue_head_t *wait_table;
    unsigned long wait_table_hash_nr_entries;
    unsigned long wait_table_bits;

    /*支持不连续内存模型的字段*/
    struct pglist_data *zone_pgdat;
    unsigned long zone_start_pfn;   /*内存域的第一个页帧的索引，结点也有第一个页帧的索引*/
    unsigned long spanned_pages;
    unsigned long present_pages;

    char *name;
} ____cacheline_maxaligned_in_smp;

struct page {
        unsigned long flags; /*存储了体系结构无关的标志，描述页的属性，对于各种属性会有对应的接口进行操作*/
        atomic_t _count;/*内核引用本页的次数*/

        union {
            atomic_t _mapcount; /*映射的页表项计数，表示在页表中有多少项指向本页，不是很能理解，需要后面了解了页表项*/
            unsigned int inuse; /* 本页用于slub分配器的对象数目 */
        };

        union{
            struct {
                unsigned long private ;
                struct address_space *mapping;/*页帧所在的地址空间，什么是地址空间？*/
            };
            ...........
            struct kmem_cache *slab; /*指向slab指针*/
            struct page *first_page;/*内核可以把多个毗连的也合并为较大的复合页，在这个复合页中，第一个页成为head page，其余的都成为tail page ，所有的tail page 中都会通过成员first_page记录自己所在的复合页的head page ，*/
        };

        union {
            pgoff_t index;
            void *freelist ;
        };
        struct list_head lru;  /*链表头，用于把page 放到各种链表中的*/
#if defined (WANT_PAGE_VIRTUAL)
        void *virtual;  /*用于高端内存的区域的页*/
#endif
｝

目前只是对这些数据结构成员有个大概的了解，通过后面的学习，才能深入了解各个成员的作用。