读书笔记-Linux内核设计与实现-part 3

Posted on 2012-11-30 21:18 Apprentice89 阅读(344) 评论(0) 收藏举报

《Chapter 12 内存管理》

MMU：内存管理单元，管理内存，地址转换，通常以页为单位管理。

从虚存角度看，页是最小单位。

struct page {
　　unsigned long     flag;             //页是否脏，是否被锁定在内存
　　atomic_t          _count;           //页引用计数
　　atomic_t          _mapcount;    　　 //
　　unsigned long     private;
　　struct address_space *mapping;
　　pdoff_t           index;
　　struct list_head     lru;
　　void              *virtual;
}

一个页的用途：由页缓存使用（mapping域指向与这个页关联的address_space）、作为私有数据（由private指向）、作为进程页表中的映射。

virtual域是页的虚拟地址（页在虚存中的地址）。

struct page是与物理页相关。

页的拥有者：用户进程空间、动态分配的内核数据、静态代码段、页高速缓存等。

内存分区（ZONE）：

某些硬件特性导致内存页面不能被一视同仁。

Linux使用了四种区：ZONE_DMA、ZONE_DMA32、ZONE_NORMAL、ZONE_HIGHMEM。

区的使用与体系结构相关，例如，x86下，ISA设备不能使用32位的地址空间，只能使用0~16M的空间，所以ZONE_DMA包含在0~16M这个范围内。

struct zone;

获得页：

//获取2^order个连续的物理页。

struct page* alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order);

//将struct page转为对应的逻辑地址

void* page_address(struct page* page);

unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order);

struct page* alloc_page(gfp_t gfp_mask);

unsigned long __get_free_page(gfp_t gfp_mask);

unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask);

分配内存可能失败，失败时可能需要回到以前的状态，所以一开始就申请内存是个不错的想法。

释放页：

void __free_pages(struct page* page, unsigned int order);

void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order);

void free_page(unsigned long addr);

释放页时只能释放属于自己的页，这个需要函数调用者保证。

kmalloc：

按字节分配，物理上连续。

void* kmalloc(size_t sizem gfp_t flag);

分配器标志：行为修饰符、区修饰符、类型。

void kfree(const void *ptr)

vmalloc：类似于kmalloc，但是vmalloc分配的内存虚拟地址是连续的，物理地址可能不连续。它分配非连续的物理页，然后通过‘修正’页表，将内存映射到逻辑地址空间的连续区域中。大多数情况下，只有硬件设备需要得到物理地址连续的内存。

vmalloc性能差于kmalloc（页表转换），且可能导致TLB抖动，所以vmalloc在不得已时才使用（例如，大块内存）。

slab:

一种对象对应于一种高速缓存，每一个高速缓存又被划分成slab，一个slab是由一个或连续几个物理页组成的。slab中存放数据结构。slab可能是满的，部分满的，空的。

例如struct inode由inode_cachep分配。

高速缓存永kmem_cache结构体来表示。这个结构体有三个链表 slab_full, slab_partial, slab_empty。

struct slab {
　　struct list_head list;    //满（/部分/空）链表
　　unsigned long coloroff;   //着色偏移？
　　void *s_mem;                //第一个对象
　　unsigned int inuse;        //已分配的对象个数
　　kmem_bufctl_t free;        //第一个空闲对象
}

相关接口：

构造高速缓存：

struct kmem_cache *kmem_cache_create(const char* name,

size_t size, //每个元素的大小

size_t align,

unsigned long flags,

void (*ctor)(void*));

ctor是构造器，在高速缓存分配新页的时候调用。事实上，Linux不使用，设为NULL即可。

销毁高速缓存：

int kmem_cache_destroy(struct kmem_cache *cachep);

从高速缓存中分配/释放一个对象：

void *kmem_cache_alloc(struct kmem_cache *cachep, gfp_t flags);

void *kmem_cache_free(struct kmem_cache *cachep, void *objp);

内核栈可以是一页或者两页，历史上，中断处理程序和进程共享一个内核栈，当内核栈只有一页时，中断使用自己的栈（中断栈）。

高端内存的映射：

将一个struct page（对应一个物理页）映射到虚存（返回虚拟地址）：

void* kmap(struct page *pg) //可能睡眠

解除映射：

void* kunmap(struct page *pg)

临时映射（不睡眠）和解除映射

void* kmap_atomic(struct page* pg, enum km_type type)

void* kunmap_atomic(struct page* pg, enum km_type type)

每CPU数据：

使用每CPU数据的原因：

减少了数据锁定
减少缓存失效

接口：

编译时定义每个CPU变量

DEFINE_PER_CPU(type, name);　//为每个处理器都定义了一个类型为type变量名为name的变量。

DECLARE_PER_CPU(type, name);

get_cpu_var(name)++; //加1，同时禁止抢占

put_cpu_var(name); //重新允许抢占

运行时每CPU数据：

void *alloc_percpu(tpye); //一个宏

viud *__alloc_percpu(size_t size, size_t align);

void free_percpu(const void*);

get_cpu_var(ptr); //返回一个void类型的指针，指向ptr

put_cpu_var(ptr); //重新激活内核抢占

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