文章目录

页框管理

页描述符
非一致内存访问(NUMA)
内存管理区

RAM的某些部分永久地分配给内核,
- 并用来存放内核代码以及静态内核数据结构。

RAM的其余部分称动态内存,这不仅是进程所需的宝贵资源,也
是内核本身所需的宝贵资源
整个系统的性能取决于如何有效地管理动态内存
现在所有多任务操作系统都在尽力优化对动态内存的使用,尽可能做
到当需要时分配,不需要时释放。
图8-1显示用作动态内存的页框,详细内容请参见第二章的“物理内存布局”

在这里插入图片描述

本章通过三部分描述内核如何给自己分配动态内存
“页框管理”和“内存区管理”介绍对连续物理内存区处理的两种技术
“非连续内存区管理“介绍处理非连续内存区的第三种
这几节将涉及内存管理区、内核映射、伙伴系统、slab高速缓存和内存池

页框管理

“硬件中的分页”介绍, Intel的 Pentium可用两种不同页框:
- 4KB和4MB(如果PAE被激活,则为2MB第二章“物理地址扩展(PAE)分页机制”一节)
Linux用4KB页框大小作为标准的内存分配单元。
基于以下两个原因

由分页单元引发的缺页异常很容易得到解释,
- 或者是由于请求的页存在但不允许进程对其访问,
- 或由于请求的页不存在。
第二种情况下,内存分配器必须找到个4KB的空闲页框,
- 并将其分配给进程。

4KB和4MB都是磁盘块大小的倍数,但绝大多数,主存和磁盘间传输小块数据时更高效

页描述符

内核须记录每个页框当前状态。
内核须区分哪些页框包含的是属于进程的页,
- 哪些包含内核代码或内核数据
内核还必须能够确定动态内存中的页框是否空闲。
如果动态内存中的页框不包含有用的数据,那么这个顶框就是空闲的。
以下情况下页框不空闲:包含用户态进程的数据、某个软件高速缓存的数据、动态分配的内核数据结构、设备驱动程序缓冲的数据、内核模块的代码

页框的状态信息保存在类型为page的页描述符
- 所有页描述符存在mem_map数组
- 每个描述符32字节,mem_map所需空间略小于整个RAM 1%
virt_to_page(addr)宏产生线性地址对应的页描述符地址。
pfn_to_page(pfn)宏产生与页框号Pfn对应的顶描述符地址。

在这里插入图片描述

接下来,常回到页描述符的字段
有几个字段的含义还取决于页框是否空闲及什么样的内核成分在使用页框。

_count
-1,则页框空闲,并可被分配给任一进程或内核本身;
>=0,则页框被分配给了一个或多进程或
- 用于存放一些内核数据结构。
page_count()返回_count加1后值,该页的使用者数目

flags
含多达32个用来描述页框状态的标志(见表8-2)
对毎个PG_xyz标志,内核都定义操纵其值的一些宏。
PageXyz宏返回标志的值,而 SetpageXyz和ClearpageXyz宏设置和清除相应的位。

在这里插入图片描述

struct page {
	page_flags_t flags;		/* Atomic flags, some possibly
					 * updated asynchronously */
	atomic_t _count;		/* Usage count, see below. */
	atomic_t _mapcount;		/* Count of ptes mapped in mms,
					 * to show when page is mapped
					 * & limit reverse map searches.
					 */
	unsigned long private;		/* Mapping-private opaque data:
					 * usually used for buffer_heads
					 * if PagePrivate set; used for
					 * swp_entry_t if PageSwapCache
					 * When page is free, this indicates
					 * order in the buddy system.
					 */
	struct address_space *mapping;	/* If low bit clear, points to
					 * inode address_space, or NULL.
					 * If page mapped as anonymous
					 * memory, low bit is set, and
					 * it points to anon_vma object:
					 * see PAGE_MAPPING_ANON below.
					 */
	pgoff_t index;			/* Our offset within mapping. */
	struct list_head lru;		/* Pageout list, eg. active_list
					 * protected by zone->lru_lock !
					 */
	/*
	 * On machines where all RAM is mapped into kernel address space,
	 * we can simply calculate the virtual address. On machines with
	 * highmem some memory is mapped into kernel virtual memory
	 * dynamically, so we need a place to store that address.
	 * Note that this field could be 16 bits on x86 ... ;)
	 *
	 * Architectures with slow multiplication can define
	 * WANT_PAGE_VIRTUAL in asm/page.h
	 */
#if defined(WANT_PAGE_VIRTUAL)
	void *virtual;			/* Kernel virtual address (NULL if
					   not kmapped, ie. highmem) */
#endif /* WANT_PAGE_VIRTUAL */
};