linux如何管理物理内存?
Linux kernel version: 5.0.1
arm64
1.将物理内存划分为若干页,每页的大小为4KiB(可以为8KiB或16KiB),那么如何知道每个页当前是什么情况呢?
那就需要一个结构体来描述每一页的情况,那么就出现了结构体struct page.
2.有若干页,意味着需要若干个struct page这样的结构体来描述若干页的状态;
3.这些struct page存放在哪里呢?肯定是存放在物理内存里;
4.存放在物理内存里,那么假设物理内存有4MiB,指定页面大小为4KiB,那么这些物理内存能被划分为多少个页面呢?又需要多少物理内存来存放struct page结构体呢?
页面个数=4MiB/4KiB=4*1024 KiB/4KiB=1024个;
那么就需要1024个struct page来描述这1024个页面的情况,这么多结构体需要多少内存呢?
1024 * sizeof(struct page)
5.如何获取sizeof(struct page)的大小呢?
struct page结构体(结构体定义在include/linux/mm_types.h)如下:
struct page {
unsigned long flags; /* Atomic flags, some possibly
* updated asynchronously */
/*
* Five words (20/40 bytes) are available in this union.
* WARNING: bit 0 of the first word is used for PageTail(). That
* means the other users of this union MUST NOT use the bit to
* avoid collision and false-positive PageTail().
*/
union {
struct { /* Page cache and anonymous pages */
/**
* @lru: Pageout list, eg. active_list protected by
* zone_lru_lock. Sometimes used as a generic list
* by the page owner.
*/
struct list_head lru;
/* See page-flags.h for PAGE_MAPPING_FLAGS */
struct address_space *mapping;
pgoff_t index; /* Our offset within mapping. */
/**
* @private: Mapping-private opaque data.
* Usually used for buffer_heads if PagePrivate.
* Used for swp_entry_t if PageSwapCache.
* Indicates order in the buddy system if PageBuddy.
*/
unsigned long private;
};
struct { /* slab, slob and slub */
union {
struct list_head slab_list; /* uses lru */
struct { /* Partial pages */
struct page *next;
#ifdef CONFIG_64BIT
int pages; /* Nr of pages left */
int pobjects; /* Approximate count */
#else
short int pages;
short int pobjects;
#endif
};
};
struct kmem_cache *slab_cache; /* not slob */
/* Double-word boundary */
void *freelist; /* first free object */
union {
void *s_mem; /* slab: first object */
unsigned long counters; /* SLUB */
struct { /* SLUB */
unsigned inuse:;
unsigned objects:;
unsigned frozen:;
};
};
};
struct { /* Tail pages of compound page */
unsigned long compound_head; /* Bit zero is set */
/* First tail page only */
unsigned char compound_dtor;
unsigned char compound_order;
atomic_t compound_mapcount;
};
struct { /* Second tail page of compound page */
unsigned long _compound_pad_1; /* compound_head */
unsigned long _compound_pad_2;
struct list_head deferred_list;
};
struct { /* Page table pages */
unsigned long _pt_pad_1; /* compound_head */
pgtable_t pmd_huge_pte; /* protected by page->ptl */
unsigned long _pt_pad_2; /* mapping */
union {
struct mm_struct *pt_mm; /* x86 pgds only */
atomic_t pt_frag_refcount; /* powerpc */
};
#if ALLOC_SPLIT_PTLOCKS
spinlock_t *ptl;
#else
spinlock_t ptl;
#endif
};
struct { /* ZONE_DEVICE pages */
/** @pgmap: Points to the hosting device page map. */
struct dev_pagemap *pgmap;
unsigned long hmm_data;
unsigned long _zd_pad_1; /* uses mapping */
};
/** @rcu_head: You can use this to free a page by RCU. */
struct rcu_head rcu_head;
};
union { /* This union is 4 bytes in size. */
/*
* If the page can be mapped to userspace, encodes the number
* of times this page is referenced by a page table.
*/
atomic_t _mapcount;
/*
* If the page is neither PageSlab nor mappable to userspace,
* the value stored here may help determine what this page
* is used for. See page-flags.h for a list of page types
* which are currently stored here.
*/
unsigned int page_type;
unsigned int active; /* SLAB */
int units; /* SLOB */
};
/* Usage count. *DO NOT USE DIRECTLY*. See page_ref.h */
atomic_t _refcount;
#ifdef CONFIG_MEMCG
struct mem_cgroup *mem_cgroup;
#endif
/*
* On machines where all RAM is mapped into kernel address space,
* we can simply calculate the virtual address. On machines with
* highmem some memory is mapped into kernel virtual memory
* dynamically, so we need a place to store that address.
* Note that this field could be 16 bits on x86 ... ;)
*
* Architectures with slow multiplication can define
* WANT_PAGE_VIRTUAL in asm/page.h
*/
#if defined(WANT_PAGE_VIRTUAL)
void *virtual; /* Kernel virtual address (NULL if
not kmapped, ie. highmem) */
#endif /* WANT_PAGE_VIRTUAL */
#ifdef LAST_CPUPID_NOT_IN_PAGE_FLAGS
int _last_cpupid;
#endif
} _struct_page_alignment;
使用此内核模块获取,编译方法为:make CROSS_COMPILE=1 KDIR=<linux kernel source code path>
所以:
1024 * sizeof(struct page) = 1024 * 64 = 64 KiB = 16 个页面
6.既然有部分物理内存用来存储每个页面的情况,那么可用的物理内存必然少于4MiB,那么具体是多少呢?
1024 - 16 = 1008 个页面 = 1008 * 4 KiB = 4032 KiB
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