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

內存節(jié)點(Node)：主要依據CPU訪問代價的不同而劃分。多CPU下環(huán)境下，本地內存和遠端內存就是不同的節(jié)點。即使在單CPU環(huán)境下，訪問所有內存的代價都是一樣的，Linux內核依然存在內存節(jié)點的概念，只不過只有一個內存節(jié)點而已。內核以struct? pg_data_t來描述內存節(jié)點。
內存分區(qū)(Zone)：Linux對內存節(jié)點再進行劃分，分為不同的分區(qū)。內核以struct zone來描述內存分區(qū)。通常一個節(jié)點分為DMA、Normal和High Memory內存區(qū)，具體下面再介紹。
頁框(Page Frame)：Linux采用頁式內存管理，頁是物理內存管理的基本單位，每個內存分區(qū)又由大量的頁框組成。內核以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是一個頁框的數組，它記錄了一個內存分區(qū)的所有頁框的使用情況。

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

為什么高端內存的邊界是896M？這是因為，32位Linux虛擬內存空間為0-4G，其中0-3G用于用戶態(tài)，3G-4G用于內核態(tài)。這意味著內核只有1G的虛擬地址空間，如果物理內存超過1G，內核就無法映射了。Linux采取的策略是，內核地址空間的前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存。

這主要解決了兩個問題：第一，這可以使內核地址空間映射到高端物理內存；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)的物理內存，只要通過更新頁表就可以做到，這和用戶態(tài)的虛擬內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。

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

總結

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）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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