一，概述

• 内存通过节点(pg_data_t)来管理，每个节点关联到系统中的一个处理器节点又进一步划分为内存域，是对内存的进一步细分，一个节点最多有3个内存域。各个内存域关联了一个数组，用来组织属于该内存域的物理内存页(页帧)。对各个页帧，都分配了一个struct page实例以及所需的管理数据。除了节点自己的内存域，每个节点还提供了一个备用列表(struct zonelist)，该列表包含了其他节点，可用于代替当前节点分配内存。

二，数据结构

1. 内存域类型

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1. node_zones：包含了节点内各内存域的数据结构.

2. node_zonelists：指定了备用节点及其内存域的列表，如果当前节点没有可用空间时，可在备用节点内分配内存

3. nr_zones：节点内内存域的个数

4. node_mem_map：包含节点内的所有物理内存页

5. bdata：指向自举内存分配器数据结构的实例

6. node_start_pfn：该节点内第一个页帧的逻辑编号，系统内所有页帧是依次编号的，每个页帧的号码是全局唯一的

7. node_present_pages：节点中页帧的个数

8. node_spanned_pages：节点中包含空洞的页帧个数

9. node_id：全局节点ID

10. pgdat_next：连接到下一个内存节点，系统中的所有内存节点都通过单链表连接起来.

11. kswapd_wait：交换守护进程的等待队列.

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1. 节点状态管理数据结构

2. static inline void node_set_state(int node, enum node_states state)

3. static inline void node_clear_state(int node, enum node_states state)

3.内存域

1. ZONE_PADDING：生成填充字段，使常用数据结构处于自身的缓冲行中

2. pages_min, pages_high，pages_low：页换出时使用的内存水印，如果内存不足，内核可以将页写到硬盘

3. 空闲页多于pages_high：内存域是理想状态

4. 空闲页低于pages_low：内核开始将页换出到硬盘

5. 空闲页低于page_min：页回收工作压力大

6. lowmem_reserve：用于一些无论如何都不能失败的关键性内存分配，分别为各个内存域指定了若干页

7. pageset：用于实现每个CPU的热/冷页帧列表，用于保存可用于满足分配的新鲜页，仍然在高速缓存中的称为热页

8. free_area：用于实现伙伴系统，每个数组元素表示固定长度的一些连续内存区

9. active_list：活动页的集合

10. inactive_list：不活动页的集合

11. nr_scan_active和nr_scan_inactive：内存回收时需要扫描的活动和不活动页的数据

12. pages_scanned：从上次换出一页以来，有多少页未能成功扫描

13. flags：内存域的当前状态

1. ZONE_ALL_UNRECLAIMABLE：页无法回收

2. ZONE_RECLAIM_LOCKED：CPU回收内存域时设置，阻止其他CPU进行同样操作

3. ZONE_OOM_LOCKED：内核试图杀死消耗进程最多的进程时设置该标志位

4. vm_stat：维护该内存域的统计信息

5. prev_priority：上一次扫描该内存域的优先级

6. wait_table, wait_table_bits和wait_table_hash_nr_entries实现了一个等待队列，可用于等待某一页表变为可用的进程

7. zone_pgdat：指向父节点

4.内存域水印

• 在计算内存水印前，内核首先要确定为关键性分配保留的内存空间的最小值，该值随可用内存大小而非线性增长，并保存在全局变量min_free_kbytes中，一个不变的约束是不能少于128k也不能多于64MB。

• 数据结构中水印值的填充由init_per_zone_pages_min处理，该函数在内核启动期间调用，主要调用如下两个函数:

• setup_per_zone_pages_min负责设置struct zone中的pages_min,pages_low和pages_high成员，在计算出高端内存区域之外的页面总数后(保存在lowmem_pages)，内核迭代系统中的所有内存域并执行相关计算

• lowmem_reserve的计算由setup_per_zone_lowmem_reserve完成，内核迭代系统中所有节点，对每个节点的各个内存域分别计算预留内存最小值

5. 冷热页

• struct zone的pageset成员用于实现冷热分配器，热页是指那些加载到CPU高速缓存的页，其数据访问速度比不在高速缓存中的冷页快

1. cout：该列表相关的页的数目

2. high：如果count > high则表明列表中的页太多了

3. list：双链表，保存了当前CPU的冷页或者热页

6. 页帧

• 页帧是系统内存的最小单位，对内存中的每一个页都会创建struct page的一个实例

• 页的广泛使用，增加了struct page的复杂性(内核不同部分对相同的数据有不同的解释)和保持结构长度的难度。

1. slab,freelist和inuse用于slub分配器

2. flags存储了和体系结构无关的标志，用于描述页的属性

3. _count是一个使用计数，表示内核中引用该页的次数

4. _mapcount表示在页表中有多少项指向该页

5. lru是一个表头，用于在各种链表上维护该页，以便将页按照不同类别分组，最重要的类别是活动和不活动页

6. 内核可以将多个毗连的页合并为较大的复合页，第一个页称作首页，而所有其余各页叫做尾页，所有尾页对应的page实例，都将first_page设置为指向首页

7. mapping指定了页帧所在的地址空间，index是页帧在映射内部的偏移量，地址空间是一个非常一般的概念，例如，可以用在向内存读取文件时，用于将文件的内容与装载数据的内存区关联起来。通过一个小技巧，mapping不仅能保存一个指针，还能包含一些额外的信息，用于判断页是否属于某个未关联到地址空间某个匿名内存区：如果将mapping最低位置1，该指针指向另外一个数据结构(anon_vma),这个结构对实现匿名映射的逆向映射很重要

8. private指向私有数据的指针，根据页的用途，可以用不同方式使用该指针

9. virtual用于高端内存区域中的页

10. 体系结构无关的标志

11. PG_locked:锁定页面不允许内核的其他部分访问.

12. PG_error:涉及该页的I/O操作期间发生错误.

13. PG_referenced, PG_active:控制系统中使用该页的活跃程度.

14. PG_uptodate:页的数据已经从块设备读取，其间没有出错

15. PG_dirty:与硬盘上的数据相比，页的内容发生改变.

16. PG_lru:有助于实现页面回收和切换，内核使用两个最近最少使用链表来区分活动页和不活动页，如果页在其中一个链表中，该位置位，如果在活动链表中，PG_active会置位

17. PG_highmem:页在高端内存中

18. PG_private:表明page的private成员非空

19. PG_writeback:页的内容处于向块设备回写过程中

20. PG_slab:页是slab分配器的一部分

21. PG_swapcache:页处于交换缓存中

22. PG_reclaim:内核决定回收特定页时设置

23. PG_compound:该页属于一个更大复合页

24. PG_buddy:表明页空闲且包含在伙伴系统的列表中