《LINUX内核源代码情景分析》第2章笔记
本帖最后由 fireaway7 于 2014-05-11 14:47 编辑第2章
2.3节重要数据结构归纳（缺注释的成员含义，等搞明白不断添加，请知道的朋友给个提示，也请指出不对的地方）：
a. 每个物理页面都有一个page结构：
typedef struct page {
struct list_head list; // 链入管理区zone_t的空闲区域free_area.free_list
struct address_space *mapping; // 记录内存页面与磁盘文件的映射关系（mmap()），结构定义将在2.6节出现
unsigned long index; // 从盘区换入时，记录来自页面在文件中的序号；换出盘区时，记录动向
struct page *next_hash; // 2.6节，add_page_to_hash_queue()函数中使用到
atomic_t count; // 估计是连续个数，如果count=2^n，则list会链入free_area.free_list
unsigned long flags;
struct list_head lru; // 链入LRU（最近最少使用）队列
unsigned long age; // 页面“年龄”，为换出到磁盘提供依据
wait_queue_head_t wait;
struct page **pprev_hash; // 2.6节，add_page_to_hash_queue()函数中使用到
struct buffer_head * buffers;
void *virtual;
struct zone_struct *zone; // 所属管理区
} mem_map_t;
b. 页面管理区结构：
#define MAX_ORDER 10
typedef struct zone_struct {
spinlock_t lock;
unsigned long offset; // 在mem_map[]中的起始页面号
unsigned long free_pages; // 空闲页面个数
unsigned long inactive_clean_pages; // 不活跃干净页面个数
unsigned long inactive_dirty_pages; // 不活跃脏页面个数
unsigned long pages_min, pages_low, pages_high;// 水位情况
struct list_head inactive_clean_list; // 不活跃干净页面队列
free_area_t free_area; // 空闲区域，不同下标对应不同的“页面连续规模”
// 管理区名字？？
char *name;
unsigned long size;
struct pglist_data *zone_pgdat; // 所属存储结点pglist_data结构，zone_struct为zone_pgdat一个子集
unsigned long zone_start_paddr;
unsigned long zone_start_mapnr;
struct page *zone_mem_map;
} zone_t;
页面管理区空闲区域结构：
typedef struct free_area_struct {
struct list_head free_list; // page队列，page后有2^n-1个连续的页面
unsigned int *map;
} free_area_t;
c. 均质存储结构（UMA）、非均质存储结构（NUMA）
#define ZONE_DMA 0
#define ZONE_NORMAL 1
#define ZONE_HIGHMEM 2
#define MAX_NR_ZONES 3
pglist_data存储结点结构，每个结点对应一个UMA（mem_map[]，以及划分为三个管理区），并且相互连在一起：
typedef struct pglist_data {
zone_t node_zones; // 每个模块可能有三种管理区
zonelist_t node_zonelists;// 分配策略，但MAX_NR_ZONES种区域，能排除组合NR_GFPINDEX这麽多情况吗？？
struct page *node_mem_map; // 指向mem_map[] page数组
unsigned long *valid_addr_bitmap;
struct bootmem_data *bdata;
unsigned long node_start_paddr;
unsigned long node_start_mapnr;
unsigned long node_size;
int node_id; // 结点编号
struct pglist_data *node_next; // 一下个pglist_data存储结点
} pg_data_t;
d. 分配策略结构：
#define NR_GFPINDEX 0x100 // 最多可以规定256种策略，不要被3种管理区组合不出来256种情况迷惑，因为pglist_data可能有多个
typedef struct zonelist_struct {
zone_t * zones ; // 以NULL结束，依次从zones、zone..分配，最多也只会有3种管理区
int gfp_mask; // 标号，node_zonelists[]下标
} zonelist_t;
e. 虚拟空间信息结构（需要哪些），对应每个属性（vm_page_prot、vm_flags）相同，地址连续（vm_start->vm_end）的页面集合：
struct vm_area_struct {
struct mm_struct * vm_mm; // 上级结构，进程完整虚拟空间，vm_area_struct为mm_struct一个子集
// [vm_start, vm_end)，什么区间？当然是虚拟地址区间
unsigned long vm_start; // 虚拟空间区间开始地址
unsigned long vm_end; // 虚拟空间区间结束地址
// 单向链表（虚拟地址由高到低排列），mm_struct->mmap
struct vm_area_struct *vm_next;
pgprot_t vm_page_prot; // 页面属性
unsigned long vm_flags; // 页面标志
// AVL树结点（进程使用虚拟空间区间较多时才需要建AVL树），mm_struct->mmap_avl
short vm_avl_height;
struct vm_area_struct * vm_avl_left;
struct vm_area_struct * vm_avl_right;
struct vm_area_struct *vm_next_share; // 与磁盘文件交换或映射时用到
struct vm_area_struct **vm_pprev_share;// 与磁盘文件交换或映射时用到
struct vm_operations_struct * vm_ops; // 一组函数指针
unsigned long vm_pgoff; // 下标偏移，扩张时，-grow
struct file * vm_file; // 交换或映射到的磁盘文件
unsigned long vm_raend;
void * vm_private_data;
};
f. 进程整个虚拟空间信息结构：
struct mm_struct {
struct vm_area_struct * mmap; // vm_area_struct结构结点队列
struct vm_area_struct * mmap_avl; // vm_area_struct结构结点树
struct vm_area_struct * mmap_cache; // 最近使用的vm_area_struct结构结点，程序使用的地址带有局部性，35%概率下一次仍用该结点
pgd_t * pgd; // 进程页面目录位置，内核将其写入CR3，便可切换到该进程执行
// 一个进程只使用一个mm，但一个mm可能被多个进程使用，如vfork()、clone()
atomic_t mm_users; // mm所属用户进程计数
atomic_t mm_count; // mm被引用计数
int map_count; // 包含虚拟空间区间个数
// 保护mm在不同上下文中受访问，http://www.cnblogs.com/Anker/p/3269106.html
struct semaphore mmap_sem;
spinlock_t page_table_lock;
struct list_head mmlist; /* List of all active mm's */
// 该进程代码段、数据段、存储堆、堆栈段等的起点和终点
unsigned long start_code, end_code, start_data, end_data;
unsigned long start_brk, brk, start_stack;
unsigned long arg_start, arg_end, env_start, env_end;
unsigned long rss, total_vm/*页面总数*/, locked_vm;
unsigned long def_flags;
unsigned long cpu_vm_mask;
unsigned long swap_cnt; /* number of pages to swap on next pass */
unsigned long swap_address;
mm_context_t context;
};
struct vm_operations_struct {
void (*open)(struct vm_area_struct * area); // 虚存打开
void (*close)(struct vm_area_struct * area); // 虚存关闭
// 缺页异常处理函数
struct page * (*nopage)(struct vm_area_struct * area, unsigned long address, int write_access);
};
*struct page mem_map[]，分为ZONE_DMA、ZONE_NORMAL、ZONE_HIGHMEM（http://blog.csdn.net/zhengaw/article/details/4537070）三个区，又由于要将各小范围的UMA区分开，又定义了更上层的结构pglist_data
*page、zone_struct描述供应，mm_struct、vm_area_struct描述需求，还得与“仓库”提供的物理页面映射，才能真正得到存储空间，页面目录、中间目录、页面表为两者的桥梁
*ZONE_DMA区里面的页面供DMA专用，原因：1.页面换出操作本身需要物理页面，而且换出时，肯定是页面资源紧张了，所以要“预留”；2.DMA不经过MMU提供的地址映射（不理解）；3.保证DMA得到的页面是一定是连续的
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