Linux内存从0到1学习笔记(六，物理内存初始化之二 --- 内存模型)

Posted 2022-04-16 高桐@BILL

写在前面

前面了解了内存节点，内存域及页帧page的初始化，以及spase内存模型的初始化。其中spase内存模型将物理内存划分成页，同时为每个页设置类型（可迁移，不可迁移 ，可回收等），方便后续进行碎片化管理，为了方便对页类型管理，内核将按照page block记录页类型，即将多个page 组成一个block(一般为pageblock_order管理管理，sparse模型是将页按照(1UL << (PFN_SECTION_SHIFT - pageblock_order)) 组织进行管理记录页类型。

术语：

Page 页

虚拟地址空间的页面通常被称为pages。大小通常与物理内存的page frame一致，通常为4K。

Page Frame 页框或页帧

物理内存的页面通常被称作Page Frames，我们可以把物理内存看作是一个个page size的内存区域排列起来的。而这样的每一个page size的内存区域我们称之为page frame。

PFN Page Frame Number 页框号

前面提到的Page Frame和PFN都是针对物理地址而言。给每个Page Frame指定一个编号，这个编号就是PFN。假设物理内存从0地址开始，PFN等于0的那个页框就是物理地址的0地址的那个page。假设物理地址从内存X开始，第一个页框号就是（x>>PAGE_SHIFT）.

UMA Uniform memory access

系统中的所有的processor共享一个统一的，一致的物理内存空间，无论从哪一个processor发起访问，对内存地址的访问时间都是一样的。

Linux内存模型

前面也提到了，Linux内核支持3中内存模型，分别是flag memory model，discontiguous memory model和sparse memory model。为什么要了解内存模型，有了模型，才能对内存有更多维度的了解，通过模型来熟悉物理内存真实的分布情况。

Flat Memory Model 平坦内存模型

这对于cpu来说，物理内存空间是连续的，不存在空洞。种模型下，每一个物理页帧都会有一个page数据结构来抽象，因此系统中存在一个struct page的数组（mem_map），每一个数组条目指向一个实际的物理页帧（page frame）。PFN（page frame number）和mem_map数组index的关系是线性的。如下图：

Discontiguous Memory Model 非连续内存模型

这个主要是相对于Flat Memory Model来讲。非连续模型主要针对NUMA架构，这里不再赘述。

Sparse Memory Model 稀疏内存模型

该模型下，内存被按照SECTION分成一段段的，每一段的SECTION都是热插拔的，每个section内部内存都是连续的。mem_map的page数组依附于section结构，而不再是node结构。

kernel中静态定义了一个mem_section的指针数组，一个section中往往包括多个page，因此需要通过右移将PFN转换成section number，用section number做为index在mem_section指针数组可以找到该PFN对应的section数据结构。找到section之后，沿着其section_mem_map就可以找到对应的page数据结构。