Linux 物理内存组织结构

虚拟内存区域使用起始地址和结束地址描述。链表按起始地址递增排序。

mmap指定的偏移单位是字节，mmap2指定的偏移单位是页。ARM64架构实现系统调用mmap。

系统调用munmap用来删除内存映射，有两个参数：起始地址、长度。主要委托给do_munmap。

vma = find_vma(mm, start); // 根据起始地址找到要删除的第一个虚拟内存区域vma如果只删除虚拟内存区域vam的部分，那么分裂虚拟内存区域vma根据结束地址找到要删除的最后一个虚拟内存区域vma如果只删除虚拟内存区域last的一部分，那么分裂虚拟内存区域vma针对所有删除目标，如果虚拟内存区域被锁定在内存中（不允许换出到交换区），调用函数解除锁定调用此函数，把所有删除目标从进程虚拟内存区域链表和树中删除，单独组成一条临时的链表调用此函数，针对所有删除目标，在进程的页表中删除映射，并且从处理器的页表缓存中删除映射调用此函数执行处理器架构特定的处理操作调用此函数，删除所有目标

目前多处理器系统有两种体系结构：

非一致内存访问（Non-Unit Memory Access, NUMA）:内存被划分成多个内存节点的多处理器系统。访问一个内存节点花费的时间取决于处理器和内存节点的距离。对称多处理器（Symmetric Multi-Processor, SMP）:即一致内存访问（Uniform Memory Access, UMA）,所有内存处理器访问内存花费的时间是相同的。

内存模型是从处理器角度看到的物理内存分布，内核管理不同内存模型的方式存在差异。内存管理子系统支持3种内存模型：

平坦内存（Flat Memory）: 内存的 物理地址空间是连续的，没有空洞。不连续内存（Discontiguous Memory）: 内存的物理地址空间存在空洞，这种模型可以高效的处理空洞。稀疏内存（Space Memory）: 内存的物理地址空间存在空洞，如果要支持内存热插拔，只能选择稀疏内存模型。

内存管理子系统使用节点（node）、区域（zone）、页（page）三级结构描述物理内存。

内存节点

NUMA体系的内存节点，根据处理器和内存的距离划分；在具有不连续内存的NUMA系统中，表示比区域的级别更高的内存区域，根据物理地址是否连续划分，每块物理地址连续的内存是一个内存节点。

node是内存管理最顶层的结构，在NUMA架构下，CPU平均划分为多个Node，每个Node都有自己的内存控制器及内存插槽。CPU访问自己的Node上内存速度快，访问其他CPU关联的内存速度慢。UMA被当做只是一个Node的NUMA系统。

内存区域

内存节点被划分为内存区域。

物理页

每个物理页对应一个page结构体，称为页描述符。内存节点的pglist_data实例的成员node_mem_map指向该内存节点包含的所有物理页的页描述符组成的数组。

页是内存管理中的最小单位，页面中的内存其物理地址是连续的，每个物理页由struct page描述。为了节省内存，struct page是一个联合体。

页，又称为页帧，在内核当中，内存管理单元MMU（负责虚拟地址和物理地址转换的硬件）是把物理页page作为内存管理的基本单位。体系结构不同，支持的页大小也相同。

32位体系结构支持4kb的页；64位体系结构支持8kb的页；MIPS64架构体系支持16kb的页。

总结

本文介绍了Linux内存组织结构，先介绍了mmap munmmap的具体执行流程。主要介绍了内存模型，三级结构节点、区域、页相关内容。

技术参考

本文技术点出处：Linux内核源码视频系列：https://ke.qq.com/course/3294666