Linux当中的物理内存管理

有两种类型的计算机，分别以不同的方法管理物理内存：
1. UMA计算机，将可用内存以连续方式组织起来。SMP系统中的每个处理器访问各个内存区都是同样快
2. NUMA计算机，总是多处理器计算机。系统的每个CPU都有本地内存，可支持特别快速的访问，各个处理器之间用总线连接起来，以支持对其他CPU的本地内存访问
在NUMA当中，内存被划分为节点，单个节点的结构如下所示：

typedef struct pglist_data {
        struct zone node_zones[MAX_NR_ZONES];// 当前节点上的各个区域的数组
        struct zonelist node_zonelists[MAX_ZONELISTS];// 备用节点列表
        int nr_zones;// 节点当中不同区域的个数
    ..
        unsigned long node_start_pfn;//NUMA节点第一个页帧逻辑编号，所有节点页帧依次编号，页帧号全局唯一
        unsigned long node_present_pages; /* total number of physical pages */
        unsigned long node_spanned_pages; /* total size of physical page
                         range, including holes */
        int node_id;// 全局节点id
        wait_queue_head_t kswapd_wait; // 交换守护进程等待队列
        wait_queue_head_t pfmemalloc_wait;
        struct task_struct *kswapd; /* Protected by
                         mem_hotplug_begin/end() */
        int kswapd_order;
        enum zone_type kswapd_classzone_idx;

        int kswapd_failures; /* Number of 'reclaimed == 0' runs */
    ...
        /* Write-intensive fields used by page reclaim */
        ZONE_PADDING(_pad1_)
        spinlock_t        lru_lock;
        /* Fields commonly accessed by the page reclaim scanner */
        /*
         * NOTE: THIS IS UNUSED IF MEMCG IS ENABLED.
         *
         * Use mem_cgroup_lruvec() to look up lruvecs.
         */
        struct lruvec        __lruvec;
        unsigned long        flags;
        ZONE_PADDING(_pad2_)
        /* Per-node vmstats */
        struct per_cpu_nodestat __percpu *per_cpu_nodestats;
        atomic_long_t        vm_stat[NR_VM_NODE_STAT_ITEMS];
    } pg_data_t;

这样的话，物理内存的管理，实际上就是这个节点的管理了，各个节点上又分了不同的区域，其中区域的定义如下：

enum zone_type {
#ifdef CONFIG_ZONE_DMA
        ZONE_DMA,
#endif
#ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
        ZONE_DMA32,// 两个DMA区域，
#endif
        ZONE_NORMAL,// 内核态虚拟内存地址减掉固定常数，直接映射的部分，
#ifdef CONFIG_HIGHMEM
        ZONE_HIGHMEM,// 高于上面直接映射的部分
#endif
        ZONE_MOVABLE,// 划分为可移动与否，可以避免内存碎片
#ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
        ZONE_DEVICE,
#endif
        __MAX_NR_ZONES

};

每个区域分为多个页，内部使用伙伴系统来进行分配，其中每个区域的定义如下：

struct zone {
        /* Read-mostly fields */

        /* 区域当中的水印，与内存交换有关，min，low，high等 */
        unsigned long _watermark[NR_WMARK];
        unsigned long watermark_boost;
        unsigned long nr_reserved_highatomic;
        long lowmem_reserve[MAX_NR_ZONES];// 各个区域保留，给无论如何都不能失败的调用使用

...
        struct pglist_data *zone_pgdat;
        struct per_cpu_pageset __percpu *pageset;// cpu的冷暖数据，用两条链表表示

...

        /* zone_start_pfn == zone_start_paddr >> PAGE_SHIFT */
        unsigned long           zone_start_pfn;
...
        atomic_long_t           managed_pages;
        unsigned long           spanned_pages;
        unsigned long           present_pages;

        const char *name;

...
        /* Zone 相关统计信息 */
        atomic_long_t           vm_stat[NR_VM_ZONE_STAT_ITEMS];
        atomic_long_t           vm_numa_stat[NR_VM_NUMA_STAT_ITEMS];
} ____cacheline_internodealigned_in_smp;