《深入理解LINUX内存管理》学习笔记(2)

每个zone有三个水平标准：pages_min, pages_low and pages_high，帮助确定zone中内存分配使用的压力状态。kswapd和这3个参数的互动关系如下图：

page_min中所表示的page的数量值，是在内存初始化的过程中调用free_area_init_core()中计算的。这个数值是根据zone中的page的数量除以一个>1的系数来确定的。通常是这样初始化的ZoneSizeInPages/128。

page_low: 当空闲页面的数量达到page_low所标定的数量的时候，kswapd线程将被唤醒，并开始释放回收页面。这个值默认是page_min的2倍。

page_min: 当空闲页面的数量达到page_min所标定的数量的时候, 分配页面的动作和kswapd线程同步运行

page_high: 当空闲页面的数量达到page_high所标定的数量的时候, kswapd线程将重新休眠，通常这个数值是page_min的3倍。

zone的大小的计算

setup_memory()函数计算每个zone的大小：

PFN 是物理内存以Page为单位的偏移量。系统可用的第一个PFN是min_low_pfn变量，开始与_end标号的后面，也就是kernel结束的地方。 在文件mm/bootmem.c中对这个变量作初始化。系统可用的最后一个PFN是max_pfn变量，这个变量的初始化完全依赖与硬件的体系结构。 x86的系统中，find_max_pfn()函数通过读取e820表获得最高的page frame的数值。同样在文件mm/bootmem.c中对这个变量作初始化。e820表是由BIOS创建的。

x86 中，max_low_pfn变量是由find_max_low_pfn()函数计算并且初始化的，它被初始化成ZONE_NORMAL的最后一个page 的位置。这个位置是kernel直接访问的物理内存，也是关系到kernel/userspace通过“PAGE_OFFSET宏”把线性地址内存空间分 开的内存地址位置。（原文：This is the physical memory directly accessible

by the kernel and is related to the kernel/userspace split in the linear address space marked by PAGE OFFSET.）我理解为这段地址kernel可以直接访问，可以通过PAGE_OFFSET宏直接将kernel所用的虚拟地址转换成物理地址的区段。 在文件mm/bootmem.c中对这个变量作初始化。在内存比较小的系统中max_pfn和max_low_pfn的值相同。

min_low_pfn, max_pfn和max_low_pfn这3个值，也要用于对高端内存（high memory)的起止位置的计算。在arch/i386/mm/init.c文件中会对类似的highstart_pfn和highend_pfn变量作 初始化。这些变量用于对高端内存页面的分配。后面将描述。

Zone等待队列表（zone wait queue table)

当 对一个page做I/O操作的时候，I/O操作需要被锁住，防止不正确的数据被访问。进程在访问page前，调用wait_on_page()函数，使进 程加入一个等待队列。访问完成后，UnlockPage()

函数解锁其他进程对page的访问。其他正在等待队列中的进程被唤醒。每个page都可以有一 个等待队列，但是太多的分离的等待队列使得花费太多的内存访问周期。替代的解决方法，就是将所有的队列放在struct zone数据结构中。

也 可以有一种可能，就是struct zone中只有一个队列，但是这就意味着，当一个page unlock的时候，访问这个zone里内存page的所有休眠的进程将都被唤醒，这样就会出现拥堵（thundering herd）的问题。建立一个哈希表管理多个等待队列，能解决这个问题，

zone->wait_table就是这个哈希表。哈希表的方法可能还是会造 成一些进程不必要的唤醒。但是这种事情发生的机率不是很频繁的。下面这个图就是进程及等待队列的运行关系：

等待队列的哈希表的分配和建立在free_area_init_core()函数中进行。哈希表的表项的数量在wait_table_size()函 数中计算，并且保持在zone->wait_table_size成员中。最大4096个等待队列。最小是NoPages / PAGES_PER_WAITQUEUE的2次方，NoPages是zone管理的page的数量，PAGES_PER_WAITQUEUE被定义 256。（原文：For smaller tables, the size of the table

is the minimum power of 2 required to store NoPages / PAGES PER WAITQUEUE number of queues, where NoPages is the number of pages in the zone and PAGE PER WAITQUEUE is defined to be 256.） 下面这个公式可以用于计算这个值：

zone->wait_table_bits 用于计算：根据page 地址得到需要使用的等待队列在哈希表中的索引的算法因子。page_waitqueue()函数负责返回zone中page所对应等待队列。它用一个基于 struct page虚拟地址的简单的乘法哈希算法来确定等待队列的。

page_waitqueue()函数用GOLDEN_RATIO_PRIME的地址和“右移zone→wait_table_bits一个索引值”的一个乘积来确定等待队列在哈希表中的索引的。

Zone的初始化

在kernel page table通过paging_init()函数完全建立起z来以后，zone被初始化。下面章节将描述这个。当然不同的体系结构这个过程肯定也是不一样 的，但它们的目的却是相同的：确定什么参数需要传递给free_area_init()函数（对于UMA体系结构）或者

free_area_init_node()函数（对于NUMA体系结构）。这里省略掉NUMA体系结构的说明。 free_area_init()函数的参数：

unsigned long *zones_sizes: 系统中每个zone所管理的page的数量的数组。这个时候，还没能确定zone中那些page是可以分配使用的（free）。这个信息知道boot memory allocator完成之前还无法知道。

初始化mem_map

mem_map是一个struct page的数组，管理着系统中所有的物理内存页面。在系统启动的过程中，创建和分配mem_map的内存区域。UMA体系结构 中，free_area_init()函数在系统唯一的struct node对象contig_page_data中node_mem_map成员赋值给全局的mem_map变量。调用的关系图：

主要的核心函数free_area_init_core(),为node的初始化过程分配本地的 lmem_map

（node->node_mem_map)。数组的内存在boot memory 分配的alloc_bootmem_node()函数分配.在UMA体系结构中，这个新分配的lmem_map成为全局的mem_map. 对于NUMA体系，lmem_map赋值给每一个node的node_mem_map成员，而这个情况下mem_map就被简单的赋值为

PAGE_OFFSET(有兴趣理解NUMA体系结构的可以阅读英文原版，了解更多信息）。UMA体系中，node中的各个zone的 zone_mem_map就指向mem_map中的某些元素作为zone所管理的第一个page的地址。

Page

系统中的每个物理页面用struct page数据结构对象来表示，并且跟踪page使用的状态：（省略了一些特定平台用到的成员）

struct page {

unsigned long flags; atomic_t _count; union {

atomic_t _mapcount; unsigned int inuse; };

union {

struct {

unsigned long private;

struct address_space *mapping; };

struct kmem_cache *slab; /* SLUB: Pointer to slab */ struct page *first_page; /* Compound tail pages */ };

union {

pgoff_t index; /* Our offset within mapping. */ void *freelist; /* SLUB: freelist req. slab lock */ };

struct list_head lru …… 此处隐藏：4747字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……