linux kernel物理内存概述（二）

news2024/9/23 5:15:53

物理内存数据结构

设备数物理内存描述

物理内存映射

map_kernel

map_mem

zone数据结构

zone类型

物理内存数据结构

站在处理器角度，管理物理内存的最小单位是页面。使用page数据结构描述，通常默认大小4kB，采用mem_map[]数组来存放这些page数据结构，数组与物理内存由一一对应关系。

设备数物理内存描述

在设备树dts中，定义内存的起始地址，大小如VExpress平台 ;qemu虚拟机内存的描述在 hw/arm/virt.c文件中

    memory@60000000{
        device_type = "memory";
        reg = <0x60000000 0x40000000>;
    }

dts文件的解析 start_kernel->setup_arch->setup_machine_fdt->early_init_dt_scan_nodes->early_init_dt_scan_memory

void __init early_init_dt_add_memory_arch(u64 base, u64 size)
{
	int in_use = 0;

	low_mem_sz = size;
	in_use = 1;
	memblock_add_node(base, size, 0, MEMBLOCK_NONE);
}

memblock_add_node添加到memblock子系统中

物理内存映射

在内核使用之前，需要初始化内核页表，paging_init 函数完成，主要做两次映射，map_kernel与map_mem

void __init paging_init(void)
{
	pgd_t *pgdp = pgd_set_fixmap(__pa_symbol(swapper_pg_dir));
	map_kernel(pgdp);
	map_mem(pgdp);
}

都是建立物理地址到内核虚拟地址的线性映射，但映射的地址不一样

map_kernel

map_kernel映射内核镜像到内核空间的虚拟地址该函数对内核映像的各个段分别进行映射，映射的内核空间虚拟地址为vmalloc区域； vmalloc区域的范围从0xFFFF 0000 1000 0000 到 0xFFFF 7DFF BFFF 0000
- 代码段：从_text到_etext
- 只读数据段：从__start_rodata到__inittext_begin;
- 初始化代码段：
- 初始化数据段：
- 数据段:从_data到_end

map_mem

map_mem做物理内存的线性映射。映射三段物理内存到线性映射区。线性映射区的范围从0xFFFF 8000 0000 0000 到0xFFFF FFFF FFFF FFFF,大小为128TB 为什么把第三段物理内存单独拿出来映射？这三段物理内存都会被映射到 不可执行 的属性，但是后续代码里把第三段映射的属性设置成只读，防止后续的其他内核模块不经意地修改了代码，如CPU休眠机制。另外，第一段和第二段映射启用了连续页表属性（PTE_CONT）,单独把第三段映射拎出来可以避免连续页表特性映像第三段的映射。

对页表的初始化完成后，内核可以对内存进行管理，内核采样zone管理区来管理。

zone数据结构

struct zone {
	/* Read-mostly fields */

	/* zone watermarks, access with *_wmark_pages(zone) macros */
	unsigned long _watermark[NR_WMARK];//每个zone在系统启动时会计算出3个水位，最低警戒水位，低水位和高水位，在页面分配器和kswapd页面回收中用到
	unsigned long watermark_boost;

	unsigned long nr_reserved_highatomic;

	long lowmem_reserve[MAX_NR_ZONES];//防止页面分配器过度使用低端zone的内存

#ifdef CONFIG_NUMA
	int node;
#endif
	struct pglist_data	*zone_pgdat;//指向内存节点
	struct per_cpu_pages	__percpu *per_cpu_pageset;
	struct per_cpu_zonestat	__percpu *per_cpu_zonestats;

	int pageset_high_min;
	int pageset_high_max;
	int pageset_batch;

#ifndef CONFIG_SPARSEMEM
	/*
	 * Flags for a pageblock_nr_pages block. See pageblock-flags.h.
	 * In SPARSEMEM, this map is stored in struct mem_section
	 */
	unsigned long		*pageblock_flags;
#endif /* CONFIG_SPARSEMEM */

	/* zone_start_pfn == zone_start_paddr >> PAGE_SHIFT*/
       unsigned long		zone_start_pfn;//起始页帧号
        atomic_long_t		managed_pages;//被伙伴系统管理的页面数量
	unsigned long		spanned_pages;//zone包含的页面数量
	unsigned long		present_pages;//实际管理的页面数量
#if defined(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG)
	unsigned long		present_early_pages;
#endif
#ifdef CONFIG_CMA
	unsigned long		cma_pages;
#endif

	const char		*name;
        ...
	atomic_long_t		vm_stat[NR_VM_ZONE_STAT_ITEMS];
	atomic_long_t		vm_numa_event[NR_VM_NUMA_EVENT_ITEMS];
} ____cacheline_internodealigned_in_smp;