【Linux 内核 内存管理】物理内存组织结构 ⑤ ( 内存区域 zone 类型简介 | 内存区域类型zone_type 枚举源码分析 | zone_type 枚举源码 )

内存管理系统 $3$级结构 :

① 内存节点 Node ,

② 内存区域 Zone ,

③ 内存页 Page ,

Linux 内核中 , 使用 上述 $3$ 级结构 描述 和 管理 " 物理内存 " ;

一、内存区域 zone 类型简介

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" 内存节点 " 是内存管理的 最顶层结构 ,

" 内存节点 " 再向下划分 , 就是 " 内存区域 " ,

" 内存区域 " 的类型 在 Linux 内核中使用 enum zone_type 枚举类型进行描述 , zone_type 枚举定义在 Linux 内核源码的 linux-4.12\include\linux\mmzone.h#293 位置 ;

二、内存区域类型 zone_type 枚举源码分析

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1、ZONE_DMA 直接内存访问区域

ZONE_DMA 其中的 DMA 是 Direct Memory Access , 直接内存访问 区域 ;

使用 DMA 内存情况 : 有些设备架构比较老 , 无法直接访问整个内存 , 需要使用 DMA 直接内存访问区域 ;

如 ISA 总线 , ( Industry Standard Architecture 工业标准体系结构 ) , 只支持 $16$ 位的 I/O 设备访问 ,

#ifdef CONFIG_ZONE_DMA
	/*
	 * ZONE_DMA is used when there are devices that are not able
	 * to do DMA to all of addressable memory (ZONE_NORMAL). Then we
	 * carve out the portion of memory that is needed for these devices.
	 * The range is arch specific.
	 *
	 * Some examples
	 *
	 * Architecture		Limit
	 * ---------------------------
	 * parisc, ia64, sparc	<4G
	 * s390			<2G
	 * arm			Various
	 * alpha		Unlimited or 0-16MB.
	 *
	 * i386, x86_64 and multiple other arches
	 * 			<16M.
	 */
	ZONE_DMA,
#endif

2、ZONE_DMA32 内存区域

ZONE_DMA32 中的 DMA32 是 DMA32 内存区域 ,

对应的是 $64$ 位系统 , DMA32 区域 可以支持 以下两种设备的访问 :

① 只能直接访问 16 MB 以下的内存设备 ;

② 只能直接访问 4 GB 以下的内存设备 ;

如果要同时满足上述两个条件 , 必须使用 ZONE_DMA32 内存区域 ;

#ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
	/*
	 * x86_64 needs two ZONE_DMAs because it supports devices that are
	 * only able to do DMA to the lower 16M but also 32 bit devices that
	 * can only do DMA areas below 4G.
	 */
	ZONE_DMA32,
#endif

3、ZONE_NORMAL 普通内存区域

ZONE_NORMAL 是 " 普通内存区域 " , 该内存区域 可以 直接映射到 " 内核虚拟地址空间 " ;

	/*
	 * Normal addressable memory is in ZONE_NORMAL. DMA operations can be
	 * performed on pages in ZONE_NORMAL if the DMA devices support
	 * transfers to all addressable memory.
	 */
	ZONE_NORMAL,

4、ZONE_HIGHMEM 高端内存区域

ZONE_HIGHMEM 中的 HIGHMEM 是 " 高端内存区域 " , 这是 $32$ 位架构中的概念 ,

DMA 和 DMA32 又称为 " 低端内存区域 " ,

内核空间 与 用户空间 比例为 $1:3$ , 内核空间 1 GB , 因此不能将 1 GB 以上的内存 , 映射到 内核地址 中 ;

#ifdef CONFIG_HIGHMEM
	/*
	 * A memory area that is only addressable by the kernel through
	 * mapping portions into its own address space. This is for example
	 * used by i386 to allow the kernel to address the memory beyond
	 * 900MB. The kernel will set up special mappings (page
	 * table entries on i386) for each page that the kernel needs to
	 * access.
	 */
	ZONE_HIGHMEM,
#endif

5、ZONE_MOVABLE 可移动区域

ZONE_MOVABLE 是 " 可移动区域 " , 这是为了防止 " 内存碎片 " 的 伪内存区 ;

	ZONE_MOVABLE,

6、ZONE_DEVICE 设备区域

ZONE_DEVICE 是 " 设备区域 " , 这是为了支持 " 内存热插拔 " 而设置的内存区域 , 每个 设备区域 使用 zone 结构体表示 ;

#ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
	ZONE_DEVICE,
#endif

三、zone_type 枚举源码

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enum zone_type {
    
    
#ifdef CONFIG_ZONE_DMA
	/*
	 * ZONE_DMA is used when there are devices that are not able
	 * to do DMA to all of addressable memory (ZONE_NORMAL). Then we
	 * carve out the portion of memory that is needed for these devices.
	 * The range is arch specific.
	 *
	 * Some examples
	 *
	 * Architecture		Limit
	 * ---------------------------
	 * parisc, ia64, sparc	<4G
	 * s390			<2G
	 * arm			Various
	 * alpha		Unlimited or 0-16MB.
	 *
	 * i386, x86_64 and multiple other arches
	 * 			<16M.
	 */
	ZONE_DMA,
#endif
#ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
	/*
	 * x86_64 needs two ZONE_DMAs because it supports devices that are
	 * only able to do DMA to the lower 16M but also 32 bit devices that
	 * can only do DMA areas below 4G.
	 */
	ZONE_DMA32,
#endif
	/*
	 * Normal addressable memory is in ZONE_NORMAL. DMA operations can be
	 * performed on pages in ZONE_NORMAL if the DMA devices support
	 * transfers to all addressable memory.
	 */
	ZONE_NORMAL,
#ifdef CONFIG_HIGHMEM
	/*
	 * A memory area that is only addressable by the kernel through
	 * mapping portions into its own address space. This is for example
	 * used by i386 to allow the kernel to address the memory beyond
	 * 900MB. The kernel will set up special mappings (page
	 * table entries on i386) for each page that the kernel needs to
	 * access.
	 */
	ZONE_HIGHMEM,
#endif
	ZONE_MOVABLE,
#ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
	ZONE_DEVICE,
#endif
	__MAX_NR_ZONES

};

源码路径 : linux-4.12\include\linux\mmzone.h#293