By

Contents
  1. 1. linux内存管理区

linux内存管理区

原文地址

因为硬件的限制，linux内核没有把所有的物理页面归做一类。由于有些页面的的内存物理地址不能够用作一些任务，linux内核把物理页面划分为3个不同的管理区。linux内核安页面拥有不同的属性来进行分类。特别地，linux必须处理内存地址对应的两个硬件缺陷：

  • 一些硬件设备只能够在一些特定的物理地址执行DMA(直接内存传送)操作
  • 一些处理器架构能够比实际映射更多的物理地址，由此导致一些内存不能够永久地映射到内核地址空间

由于以上的种种限制，linux把物理内存划分为以下三种管理区：

  • ZONE_DMA 包含能够执行DMA操作的物理页面
  • ZONE_NORMAL 包含常规地址映射的物理页面
  • ZONE_HIGHMEM 包含高端地址的物理页面，不可以永久映射到linux内核地址空间

这些管理区在头文件linux/mmzone.h中定义

内存管理区实际的使用和布局是架构独立的。例如，一些处理器架构在任务物理地址都可以执行DMA操作。在这些处理器中，ZONE_DMA是空的并且ZONE_NORMAL可以任意使用而不用管其用途。相反，在x86处理器架构中，ISA设备不能够在全32为地址空间执行DMA操作，因为ISA设备只能够读取16MB的物理地址。所以在x86上的ZONE_DMA由物理地址0～16MB区间构成。

ZONE_HIGHMEM和ZONE_NORMAL一样根据处理器架构的不同而不同。在x86上，ZONE_HEIGMEM在物理地址>896MB的区间。在其他的架构上，ZONE_HIGHMEM是空的因为所有内存是直接映射的。在ZONE_HIGHMEM中的物理地址叫做高端地址，剩下地址叫做低端地址。

ZONE_NORMAL更趋向定义为前两个内存管理区划分后的剩下的内存空间。譬如在x86上，ZONE_NORMAL的物理内存区间划分在16MB~896MB。其他的处理去架构则是所有可用的内存。下表列出了在x86上每个管理区的物理页分配情况。

ZONE Description Physical Memory
ZONE_DMA DMA-able pages < 16MB
ZONE_NORMAL Normally addressable pages 16896MB
ZONE_HIGHMEM Dynamically mapped pages >896MB

linux把系统页面划分为不同的管理区来用池的管理概念按需求分配页面。譬如ZONE_DMA管理区赋予了内核满足DMA功能的内存分配能力。如果有这样的内存需求，内核就简单地从ZONE_DMA把请求的页面数分配出去即可。需注意的是管理区没有任何的内存物理相关性质依赖，它们仅仅是linux内核用来追踪页面的一种逻辑分类。

虽然一些应用可能需要指定管理区的页面，在一些应用中，管理区的指定并非是强制性的。虽然对可以执行DMA操作的内存分配必须来自ZONE_DMA，但是低端的内存分配可以来自ZONE_DMA和ZONE_NORMAL。当然，linux内核更喜欢把ZONE_NORMAL区中的页面分配给低端需求，分配ZONE_DMA管理区的内存分配给直接传送的应用。但是如果分配过于频繁，实际上应该分配自低端区的空间，linux内核将会不区分管理区。

在linux/mmzone.h中用struct zone定义管理区：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
struct zone{
  spinlock_t             lock;
  unsigned long          free_pages;
  unsigned long          pages_min;
  unsigned long          pages_low;
  unsigned long          pages_high;
  unsigned long          protection[MAX_NR_ZONES];
  spinlock_t             lru_lock;
  struct list_head       active_list;
  struct list_head       inactive_list;
  unsigned long          nr_scan_active;
  unsigned long          nr_scan_inactive;
  unsigned long          nr_active;
  unsigned long          nr_inactive;
  int                    all_unreclaimable;
  unsigned long          pages_scanned;
  int                    temp_priority;
  int                    prev_priority;
  struct free_area       free_area[MAX_ORDER];
  wait_queue_head_t      *wait_table;
  unsigned long          wait_table_size;
  unsigned long          wait_table_bits;
  struct per_cpu_pageset pageset[NR_CPUS];
  struct pglist_data     *zone_pgdat;
  struct page            *zone_mem_map;
  unsigned long          zone_start_pfn;
  char                   *name;
  unsigned long          spanned_pages;
  unsigned long          present_pages;
};

zone结构体很是大，但是系统中只有3种管理区，所以只有三个这样的结构体，下面让我们分析一些重要的字段：

lock字段是一个自旋锁，用来保护结构在多线程并发获取时引起的问题。需要注意的是自旋锁自保护这个管理区结构体，而非在这个管理区的页面。虽然内核的部分可能锁定保护在管理区页面的数据，但是没有明确的锁保护个别物理页面。

free_pages字段是一个管理区中可用的物理页面数量，如果可能的话，内核尽可能地至少保持有pages_min个空闲页面。

name字段毫无疑问是一个管理区的以NULL结尾的字符串名字。内核在引导期间(mm/page_alloc.c)初始化管理区的名字，同时三个管理区分别命名为”DMA”,”Normal”和”HighMem”。

Contents
  1. 1. linux内存管理区