《深入理解LINUX内存管理》学习笔记.doc

引子
为什么要写这个笔记:
1,这本书的中文版翻译了太垃圾,没法阅读。阅读英文原版,可以很好的理解作者的思路。作此笔记备忘
2,一直以来学习LINUX kernel的知识缺乏系统化,借对这本书的学习,系统化的学习一下LINUX kernel。
3,自己一直在做一个too small,too simple的单进程,特权模式,64bit保护模式的称不上OS的OS,已经做完了bootloader, 构思kernel的实现的时候,困惑在内存管理的实现上,阅读这本书,希望能有利于自己的OS的编写。
4,克服惰性,多读书,希望一天能阅读5页,争取半年内阅读完这本原版700多页的巨著。
不足:
我不可能完全理解LINUX 内存管理的精髓,肯定有很多地方理解错误。希望大家能够指正,以便提高,谢谢。
学习方法:
可能您第一次阅读的时候很多地方都不理解,不用担心。那您可能需要阅读一些文件系统的知识。
或者阅读全部笔记后,再回头阅读,有些地方您就理解了。
言归正传:
一、概要
可用工具
CodeViz: 生成代码调用关系图的工具,这个工具我现在还没有去使用,有兴趣的可以自己试试去建立调用关系图。
/~mel/projects/codeviz/
Linux cross reference (LXR): 以web的方式阅读和查找LINUX内核源代码的工具。这个工具安装相当麻烦,我建议直接到它的官方网站直接读代码。
+/
模块
LINUX内存管理代码模块主要分为4个部分:
Out of memory 代码在mm/ 貌似用于杀进程的时候对内存的操作
虚拟内存的分配代码在mm/
物理内存页面分配代码在mm/(virtual memory addresses)的创建和进程内的内存区域的管理
这些模块,贯穿与其他kernel代码之中,形成更复杂的系统模块,如页面替换策略,buffer的输入输出等
二、物理内存
从硬件角度看内存系统,有2种主流的体系结构,不一致的内存访问系统(NUMA),我不知道什么系统在用这样模式,这种系统将内存系统分割成2块区域(BANK),一块是专门给CPU去访问,一块是给外围设备板卡的DMA去访问。另外一种体系结构,是一致的内存访问系统(UMA),PC都是用的这种结构,这种结构的对于CPU和其他外围设备访问的内存在一块内存条上,没有任何不同。
LINUX内核需要支持这2种体系结构。它引入了一个概念称为node,一个node对应一个bank,对于UMA体系的,系统中只有一个node。在LINUX中引入一个数据结构“struct pglist_data”,来描述一个node,定义在include/linux/。(这个结构被typedef pg_data_t)
 对于NUMA系统来讲, 整个系统的内存由一个node_data的pg_data_t指针数组来管理。(因为可能有多个node)对于PC这样的UMA系统,使用struct pglist_data contig_page_data,作为系统唯一的node管理所有的内存区域。(UMA系统中中只有一个node)
每个node又被分成多个zone,它们各自描述在内存中的范围。zone由struct zone_struct 数据结构来描述。zone的类型由zone_t表示,有ZONE_DMA, ZONE_NORMAL, ZONE_HIGHMEM这三种类型。它们之间的用途是不一样的,ZONE_DMA类型的内存区域在物理内存的低端,主要是ISA设备只能用低端的地址做 DMA操作。ZONE_NORMAL类型的内存区域直接被内核映射到线性地址空间上面的区域(line address space),以后的章节将详细描述。ZONE_HIGHMEM将保留给系统使用。
在PC系统中,内存区域类型如下分布:
ZONE_DMA    0-16MB
ZONE_NORMAL  16MB-896MB
ZONE_HIGHMEM 896MB-物理内存结束
大多数kernel的操作只使用ZONE_NORMAL区域,
系统内存由很多固定大小的内存块组成的,这样的内存块称作为“页”(PAGE),x86体系结构中,page的大小为4096个字节。每个物理的页由一个 struct page的数据结构对象来描述。页的数据结构对象都保存在mem_map全局数组中。从载入内核的低地址内存区域的后面内存区域,也就是 ZONE_NORMAL开始的地方的内存的页的数据结构对象,都保存在这个全局数组中。
因为ZONE_NORMAL