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Linux支持多種硬件體系結(jié)構(gòu)，因此Linux必須采用通用的方法來描述內(nèi)存，以方便對內(nèi)存進行管理。為此，Linux有了內(nèi)存節(jié)點、內(nèi)存區(qū)、頁框的概念，這些概念也是一目了然的。

內(nèi)存節(jié)點(Node)：主要依據(jù)CPU訪問代價的不同而劃分。多CPU下環(huán)境下，本地內(nèi)存和遠端內(nèi)存就是不同的節(jié)點。即使在單CPU環(huán)境下，訪問所有內(nèi)存的代價都是一樣的，Linux內(nèi)核依然存在內(nèi)存節(jié)點的概念，只不過只有一個內(nèi)存節(jié)點而已。內(nèi)核以struct? pg_data_t來描述內(nèi)存節(jié)點。
內(nèi)存分區(qū)(Zone)：Linux對內(nèi)存節(jié)點再進行劃分，分為不同的分區(qū)。內(nèi)核以struct zone來描述內(nèi)存分區(qū)。通常一個節(jié)點分為DMA、Normal和High Memory內(nèi)存區(qū)，具體下面再介紹。
頁框(Page Frame)：Linux采用頁式內(nèi)存管理，頁是物理內(nèi)存管理的基本單位，每個內(nèi)存分區(qū)又由大量的頁框組成。內(nèi)核以struct page來描述頁框。頁框有很多屬性，這些屬性描述了這個頁框的狀態(tài)、用途等，例如是否被分配。


上圖中的zone_mem_map是一個頁框的數(shù)組，它記錄了一個內(nèi)存分區(qū)的所有頁框的使用情況。

DMA內(nèi)存區(qū)：即直接內(nèi)存訪問分區(qū)，通常為物理內(nèi)存的起始16M。主要是供一些外設使用，外設和內(nèi)存直接訪問數(shù)據(jù)訪問，而無需系統(tǒng)CPU的參與。
Normal內(nèi)存區(qū)：從16M到896M內(nèi)存區(qū)。
HighMemory內(nèi)存區(qū)：896M以后的內(nèi)存區(qū)。

為什么高端內(nèi)存的邊界是896M？這是因為，32位Linux虛擬內(nèi)存空間為0-4G，其中0-3G用于用戶態(tài)，3G-4G用于內(nèi)核態(tài)。這意味著內(nèi)核只有1G的虛擬地址空間，如果物理內(nèi)存超過1G，內(nèi)核就無法映射了。Linux采取的策略是，內(nèi)核地址空間的前896M采用固定映射，映射方法是：虛擬地址-3G = 物理地址，只能映射到物理地址的前896M。也就是說內(nèi)核虛擬地址空間的3G到3G+896M這部分，頁表的映射是固定的，系統(tǒng)初始化時就建立起來。而虛擬地址空間的最后128M，也就是3G+896M到4G部分采用動態(tài)映射，也就是說頁表映射的物理地址可變的。在系統(tǒng)運行過程中，通過更新頁表，就可以映射到不同的物理地址，當然也包括高端物理內(nèi)存。

這主要解決了兩個問題：第一，這可以使內(nèi)核地址空間映射到高端物理內(nèi)存；第二，虛擬地址空間的3G+896M到4G部分，連續(xù)的虛擬地址空間可以映射到非連續(xù)的物理內(nèi)存，只要通過更新頁表就可以做到，這和用戶態(tài)的虛擬內(nèi)存映射采用了同樣這種方法。這在沒有大段連續(xù)的空閑物理地址時，是非常重要的。

備用內(nèi)存區(qū)：
在一個內(nèi)存區(qū)分配頁時，如果這個內(nèi)存區(qū)沒有滿足條件的內(nèi)存頁，則需要從其它內(nèi)存區(qū)或從其它內(nèi)存節(jié)點分配。Linux為每個內(nèi)存區(qū)都建立了備用內(nèi)存區(qū)列表，當前內(nèi)存區(qū)沒有滿足條件的內(nèi)存時，就從備用內(nèi)存區(qū)分配。比如，系統(tǒng)中有4個內(nèi)存節(jié)點A,B,C,D，每個內(nèi)存節(jié)點又分為DMA、Normal、HighMemory內(nèi)存區(qū)。對節(jié)點B來說，內(nèi)存區(qū)分配列表可能是B(HighMemory)、B(Normal)、B(DMA)、A(HighMemory)、A(Normal)、A(DMA)、C(HighMemory)、C(Normal)、C(DMA)、D(HighMemory)、D(Normal)、D(DMA)。
分配內(nèi)存時，優(yōu)先從本地內(nèi)存節(jié)點分配，再從其它內(nèi)存節(jié)點分配。對一個內(nèi)存節(jié)點，優(yōu)先從HighMemory分配，再從Normal或DMA分配。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的linux内存管理 之 内存节点和内存分区（Zone）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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