linux内存管理（一）

--《Linux内核设计与实现》笔记

第11章 内存管理

11.1 页（page）

1. 内核把物理页作为内存管理的基本单位；MMU以页为单位来管理页表。

2. 大多数32位体系结构支持4KB的页，64位体系结构支持8KB的页。

3. 内核用struct page结构来表示系统中的每个物理页，该结构位于中

       struct page{

              page_flags_t          flags;      //dirty? locked in mem? See

              atomic_t                _count;          //referenced count

              atomic_t                _mapcout;     

              unsigned long         private;

              struct address_space     *mapping;

              pgoff_t                  index;

              struct list_head       lru;

              void                      *virtual;          //virtual address of the page

};

4. struct page结构只与物理页相关，目的在于描述物理内存本身，而不是描述包含在其中的数据；系统中的每个物理页都要分配一个这样的结构体。

11.2 区 （zone）

       1. 内核使用区对具有相似特性的页进行分组。

       2. Linux必须处理如下两种由于硬件存在的缺陷而引起的内存寻址问题

              1）一些硬件只能用某些特定的内存地址来执行DMA （详请查总线地址）

              2）一些体系结构其内存的物理寻址范围比虚拟寻址范围大得多，这样就有一些内存不能永久地映射到内核空间上。

       3. Linux使用了三种区：

              ZONE-DMA：这个区包含的页能用来执行DMA操作

              ZONE-NORMAL：这个区包含的都是能正常映射的页

              ZONE-HIGHMEM：这个去包含“高端内存”，其中的页并不能永久地映射到内核地址空间。

              这些区定义在中

       4. 区的实际使用和分布是体系结构相关的，对X86，见下表，其余大部分体系结构的物理内存都属于ZONE-NORMAL.

             

区	描述	物理内存
ZONE-DMA	DMA使用的页	< 16MB
ZONE-NORMAL	正常可寻址的页	16-896MB
ZONE-HIGHMEM	动态映射的页	>896MB

11.3 获得页

       1. 定义在中：

       struct page *alloc_pages(unsigned int gfp_mask， unsigned int order)

              分配2的(order)幂次方个连续的页，返回指向第一个页的指针

       void *page_address(struct page *page)

              返回给定物理页的逻辑地址

       unsigned long __get_free_pages(unsigned int gfp_mask, unsigned int order)

              与alloc_pages作用相同，不过它直接返回所请求的第一个页的逻辑地址

       struct page *alloc_page(unsigned int gfp_mask);

       unsigned long __get_free_page(unsigned int gfp_mask);

              这两个函数只分配一个页。（相当于前面的函数参数order = 0）

       unsigned long get _zeroed_page(unsigned int gfp_mask)

              只分配一页，内容为0，返回逻辑地址，常用于给用户空间分配内存（安全）

       相应的释放页的函数是

       void __free_pages(stuct page *page, unsigned int order)

       void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)

       void free_page(unsigned long addr)

11.4 kmalloc()

       1. 以字节为单位进行分配，在中

       2. void *kmalloc(size_t size, int flags) 分配的内存物理地址上连续，虚拟地址上自然连续

       3. gfp_mask标志：什么时候使用哪种标志？如下：

              ----------------------------------------------------------------------------------------------

              情形                                                        相应标志

              ----------------------------------------------------------------------------------------------

              进程上下文，可以睡眠                     GFP_KERNEL

              进程上下文，不可以睡眠                  GFP_ATOMIC

              中断处理程序                                   GFP_ATOMIC

              软中断                                              GFP_ATOMIC

              Tasklet                                              GFP_ATOMIC

              用于DMA的内存，可以睡眠            GFP_DMA | GFP_KERNEL

              用于DMA的内存，不可以睡眠        GFP_DMA | GFP_ATOMIC

              ----------------------------------------------------------------------------------------------

       4. void kfree(const void *ptr)

              释放由kmalloc()分配出来的内存块

11.5 vmalloc()

       1. 以字节为单位进行分配，在中

       2. void *vmalloc(unsigned long size) 分配的内存虚拟地址上连续，物理地址不连续

       3. 一般情况下，只有硬件设备才需要物理地址连续的内存，因为硬件设备往往存在于MMU之外，根本不了解虚拟地址；但为了性能上的考虑，内核中一般使用kmalloc()，而只有在需要获得大块内存时才使用vmalloc()，例如当模块被动态加载到内核当中时，就把模块装载到由vmalloc()分配的内存上。

       4.void vfree(void *addr)，这个函数可以睡眠，因此不能从中断上下文调用。