Linux内存模块解析（一）



Linux内存模块解析（一）

一．    概述

在linux系统中有几个容易混淆的概念，如节点，内存域，页框，页描述符，free_area数组等；不同的概念下由不同的数据结构来表述。

节点，pglist_data{struct zone node_zones[MAX_NR_ZONES];}；每个节点包含内存域，一般情况下有如DMA,
NORMAL,HIGHMEM等几种；

内存域又包含了数据结构free_area,

struct zone {struct free_area 
free_area[MAX_ORDER]};其中MAX_ORDER的值为11；free_area的数据结构如下所示：

struct free_area {

      
structlist_head       free_list[MIGRATE_TYPES];

      
unsignedlong        nr_free;

};

 

接下来再看页描述符page,它的数据结构如下所示：

struct page {

structlist_head lru;       

      
 };

page是用来描述页框的状态，页框是实际的4k大小的物理页，根据一个页描述符可以得出该页描述符描述的页框的物理地址，同样，得到一个页框的物理地址也可以算出描述该页框的页描述符的地址。即一个页框对应一个页描述符。举个例子，如果内存的大小是64M,那么页框(每个页框4k),则有16K个页框；同时在内存初始化时会分配页描述符，保存在数组mem_map中，数组的大小是16K.

   
如下的代码可以看出page合free_area的关系；

   
structfree_area * area;

      
structpage *page;

page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,

                                                
structpage, lru);

二．    伙伴系统

上文提到了两个数据结构:

struct zone {

   
…….

struct free_area     
free_area[MAX_ORDER]//MAX_ORDER一般为11，所以其最大值为可以分配2048个页框的内存

…….

};

struct free_area {

      
structlist_head       free_list[MIGRATE_TYPES]; 
//用于连接空闲页的链表

      
unsignedlong        nr_free; 
//内存区中空闲内存块的数目，如果free_area[0],则计算该区域中一个页框的数目；如果free_area[2],则计算该区域中四个页框对的数目。

};

如果内存在分配的时候，如果在内存分配的时候需要分配4个页框的内存，则首先在4个页框的链表中分配，如果没有，则在8个页框的链表中分配，生成两个4个页框的内存块，一个分配给用户，另一个放到4个页框的链表中，如果8个页框的链表中没有，则在16个页框的链表中分配，生成2个4页框的内存块合1个8页框的内存块，分别分配给用户和挂入相应的内存链表。

内存释放的时候，有相邻的空闲内存，则合并成相应的内存块，挂入相应的内存链表。