Linux板级内存管理之-内核的页，页框，页帧 内存, 记录, Linux

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Linux板级内存管理之-内核的页，页框，页帧

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Linux的页描述符page管理的物理内存，他把物理内存划分为4kbyte大小的页框，用页描述符记录这些页框的状态，并统一放到structpage *mem_map数组中。

下面我们来看一张图：

如果我们知道物理内存的基地址，可以通过上面的图看出，每个页的物理基地址是可知的，这张图也说明了页，页框，页帧之间的关系。
一个物理抽象的“页”有4kbytes的大小，一个4kbytes的页组成图中的框，我们称之为“页框”，而“页帧”则是从0开始数给每个页框用整数编号，以此每个页框的号码为“页帧”号。
从图中可以看出“页帧”左移12位，就是对用“页框”的物理基地址。反之亦然。

那么把这些个概念，用数据结构怎么表示呢?下面我们看看：

对“页”的数据结构表述：

1. struct page {
   
2.         unsigned long flags;                /* Atomic flags, some possibly
   
3.                                          * updated asynchronously */
   
4.         atomic_t _count;                /* Usage count, see below. */
   
5.         union {
   
6.                 atomic_t _mapcount;        /* Count of ptes mapped in mms,
   
7.                                          * to show when page is mapped
   
8.                                          * & limit reverse map searches.
   
9.                                          */
   
10.                 struct {                /* SLUB */
    
11.                         u16 inuse;
    
12.                         u16 objects;
    
13.                 };
    
14.         };
    
15.         union {
    
16.             struct {
    
17.                 unsigned long private;                /* Mapping-private opaque data:
    
18.                                                   * usually used for buffer_heads
    
19.                                                  * if PagePrivate set; used for
    
20.                                                  * swp_entry_t if PageSwapCache;
    
21.                                                  * indicates order in the buddy
    
22.                                                  * system if PG_buddy is set.
    
23.                                                  */
    
24.                 struct address_space *mapping;        /* If low bit clear, points to
    
25.                                                  * inode address_space, or NULL.
    
26.                                                  * If page mapped as anonymous
    
27.                                                  * memory, low bit is set, and
    
28.                                                  * it points to anon_vma object:
    
29.                                                  * see PAGE_MAPPING_ANON below.
    
30.                                                  */
    
31.             };
    
32. #if USE_SPLIT_PTLOCKS
    
33.             spinlock_t ptl;
    
34. #endif
    
35.             struct kmem_cache *slab;        /* SLUB: Pointer to slab */
    
36.             struct page *first_page;        /* Compound tail pages */
    
37.         };
    
38.         union {
    
39.                 pgoff_t index;                /* Our offset within mapping. */
    
40.                 void *freelist;                /* SLUB: freelist req. slab lock */
    
41.         };
    
42.         struct list_head lru;                /* Pageout list, eg. active_list
    
43.                                          * protected by zone->lru_lock !
    
44.                                          */
    
45.         /*
    
46.          * On machines where all RAM is mapped into kernel address space,
    
47.          * we can simply calculate the virtual address. On machines with
    
48.          * highmem some memory is mapped into kernel virtual memory
    
49.          * dynamically, so we need a place to store that address.
    
50.          * Note that this field could be 16 bits on x86 ... ;)
    
51.          *
    
52.          * Architectures with slow multiplication can define
    
53.          * WANT_PAGE_VIRTUAL in asm/page.h
    
54.          */
    
55. #if defined(WANT_PAGE_VIRTUAL)
    
56.         void *virtual;                        /* Kernel virtual address (NULL if
    
57.                                            not kmapped, ie. highmem) */
    
58. #endif /* WANT_PAGE_VIRTUAL */
    
59. #ifdef CONFIG_WANT_PAGE_DEBUG_FLAGS
    
60.         unsigned long debug_flags;        /* Use atomic bitops on this */
    
61. #endif
    
62. 
    
63. #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
    
64.         /*
    
65.          * kmemcheck wants to track the status of each byte in a page; this
    
66.          * is a pointer to such a status block. NULL if not tracked.
    
67.          */
    
68.         void *shadow;
    
69. #endif
    
70. };

复制代码

内核把内存分成不同的页，而每个页都有个page变量与其相对应，所有的page变量的物理地址组合起来通过一个数组：

1. struct page *mem_map

复制代码

来表示。可以从上图中看出。

在linux内核中有定义这些变量的转化宏：

在arch/arm/mach-xxx/include/mach/memory.h中有，

#define PHYS_OFFSET
UL(0x00000000)

在arch/arm/include/asm/memory.h中有：

#define PHYS_PFN_OFFSET
(PHYS_OFFSET >> PAGE_SHIFT)

#define PAGE_SHIFT
12

#define ARCH_PFN_OFFSET
PHYS_PFN_OFFSET

在Include/asm-generic/memory-model.h中有：

#if defined(CONFIG_FLATMEM)

#define __pfn_to_page(pfn)
(mem_map + ((pfn) - ARCH_PFN_OFFSET))

#define __page_to_pfn(page)
((unsignedlong)((page) - mem_map) + \

ARCH_PFN_OFFSET)

#define page_to_pfn __page_to_pfn

#define pfn_to_page __pfn_to_page

明白了上面我分析的，那么对这些转换宏定义就一目了然了吧。