summaryrefslogtreecommitdiff
path: root/Documentation/translations/zh_CN/vm/memory-model.rst
blob: 013e30c88d72c4878d8daf16d696b69c90953cb5 (plain)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
.. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0

:Original: Documentation/vm/memory-model.rst

:翻译:

 司延腾 Yanteng Si <siyanteng@loongson.cn>

:校译:


============
物理内存模型
============

系统中的物理内存可以用不同的方式进行寻址。最简单的情况是,物理内存从地址0开
始,跨越一个连续的范围,直到最大的地址。然而,这个范围可能包含CPU无法访问的
小孔隙。那么,在完全不同的地址可能有几个连续的范围。而且,别忘了NUMA,即不
同的内存库连接到不同的CPU。

Linux使用两种内存模型中的一种对这种多样性进行抽象。FLATMEM和SPARSEM。每
个架构都定义了它所支持的内存模型,默认的内存模型是什么,以及是否有可能手动
覆盖该默认值。

所有的内存模型都使用排列在一个或多个数组中的 `struct page` 来跟踪物理页
帧的状态。

无论选择哪种内存模型,物理页框号(PFN)和相应的 `struct page` 之间都存
在一对一的映射关系。

每个内存模型都定义了 :c:func:`pfn_to_page`:c:func:`page_to_pfn`
帮助函数,允许从PFN到 `struct page` 的转换,反之亦然。

FLATMEM
=======

最简单的内存模型是FLATMEM。这个模型适用于非NUMA系统的连续或大部分连续的
物理内存。

在FLATMEM内存模型中,有一个全局的 `mem_map` 数组来映射整个物理内存。对
于大多数架构,孔隙在 `mem_map` 数组中都有条目。与孔洞相对应的 `struct page`
对象从未被完全初始化。

为了分配 `mem_map` 数组,架构特定的设置代码应该调用free_area_init()函数。
然而,在调用memblock_free_all()函数之前,映射数组是不能使用的,该函数
将所有的内存交给页分配器。

一个架构可能会释放 `mem_map` 数组中不包括实际物理页的部分。在这种情况下,特
定架构的 :c:func:`pfn_valid` 实现应该考虑到 `mem_map` 中的孔隙。

使用FLATMEM,PFN和 `struct page` 之间的转换是直接的。 `PFN - ARCH_PFN_OFFSET``mem_map` 数组的一个索引。

`ARCH_PFN_OFFSET` 定义了物理内存起始地址不同于0的系统的第一个页框号。

SPARSEMEM
=========

SPARSEMEM是Linux中最通用的内存模型,它是唯一支持若干高级功能的内存模型,
如物理内存的热插拔、非易失性内存设备的替代内存图和较大系统的内存图的延迟
初始化。

SPARSEMEM模型将物理内存显示为一个部分的集合。一个区段用mem_section结构
体表示,它包含 `section_mem_map` ,从逻辑上讲,它是一个指向 `struct page`
阵列的指针。然而,它被存储在一些其他的magic中,以帮助分区管理。区段的大小
和最大区段数是使用 `SECTION_SIZE_BITS``MAX_PHYSMEM_BITS` 常量
来指定的,这两个常量是由每个支持SPARSEMEM的架构定义的。 `MAX_PHYSMEM_BITS`
是一个架构所支持的物理地址的实际宽度,而 `SECTION_SIZE_BITS` 是一个任
意的值。

最大的段数表示为 `NR_MEM_SECTIONS` ,定义为

.. math::

   NR\_MEM\_SECTIONS = 2 ^ {(MAX\_PHYSMEM\_BITS - SECTION\_SIZE\_BITS)}

`mem_section` 对象被安排在一个叫做 `mem_sections` 的二维数组中。这个数组的
大小和位置取决于 `CONFIG_SPARSEM_EXTREME` 和可能的最大段数:

*`CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME` 被禁用时, `mem_sections` 数组是静态的,有
  `NR_MEM_SECTIONS` 行。每一行持有一个 `mem_section` 对象。
*`CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME` 被启用时, `mem_sections` 数组被动态分配。
  每一行包含价值 `PAGE_SIZE``mem_section` 对象,行数的计算是为了适应所有的
  内存区。

架构设置代码应该调用sparse_init()来初始化内存区和内存映射。

通过SPARSEMEM,有两种可能的方式将PFN转换为相应的 `struct page` --"classic sparse"和
 "sparse vmemmap"。选择是在构建时进行的,它由 `CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP` 的
 值决定。

Classic sparse在page->flags中编码了一个页面的段号,并使用PFN的高位来访问映射该页
框的段。在一个区段内,PFN是指向页数组的索引。

Sparse vmemmapvmemmap使用虚拟映射的内存映射来优化pfn_to_page和page_to_pfn操
作。有一个全局的 `struct page *vmemmap` 指针,指向一个虚拟连续的 `struct page`
对象阵列。PFN是该数组的一个索引,`struct page``vmemmap` 的偏移量是该页的PFN。

为了使用vmemmap,一个架构必须保留一个虚拟地址的范围,以映射包含内存映射的物理页,并
确保 `vmemmap`指向该范围。此外,架构应该实现 :c:func:`vmemmap_populate` 方法,
它将分配物理内存并为虚拟内存映射创建页表。如果一个架构对vmemmap映射没有任何特殊要求,
它可以使用通用内存管理提供的默认 :c:func:`vmemmap_populate_basepages`。

虚拟映射的内存映射允许将持久性内存设备的 `struct page` 对象存储在这些设备上预先分
配的存储中。这种存储用vmem_altmap结构表示,最终通过一长串的函数调用传递给
vmemmap_populate()。vmemmap_populate()实现可以使用 `vmem_altmap`:c:func:`vmemmap_alloc_block_buf` 助手来分配持久性内存设备上的内存映射。

ZONE_DEVICE
===========
`ZONE_DEVICE` 设施建立在 `SPARSEM_VMEMMAP` 之上,为设备驱动识别的物理地址范
围提供 `struct page` `mem_map` 服务。 `ZONE_DEVICE` 的 "设备" 方面与以下
事实有关:这些地址范围的页面对象从未被在线标记过,而且必须对设备进行引用,而不仅仅
是页面,以保持内存被“锁定”以便使用。 `ZONE_DEVICE` ,通过 :c:func:`devm_memremap_pages` ,
为给定的pfns范围执行足够的内存热插拔来开启 :c:func:`pfn_to_page`:c:func:`page_to_pfn`, ,和 :c:func:`get_user_pages` 服务。由于页面引
用计数永远不会低于1,所以页面永远不会被追踪为空闲内存,页面的 `struct list_head lru`
空间被重新利用,用于向映射该内存的主机设备/驱动程序进行反向引用。

虽然 `SPARSEMEM` 将内存作为一个区段的集合,可以选择收集并合成内存块,但
`ZONE_DEVICE` 用户需要更小的颗粒度来填充 `mem_map` 。鉴于 `ZONE_DEVICE`
内存从未被在线标记,因此它的内存范围从未通过sysfs内存热插拔api暴露在内存块边界
上。这个实现依赖于这种缺乏用户接口的约束,允许子段大小的内存范围被指定给
:c:func:`arch_add_memory` ,即内存热插拔的上半部分。子段支持允许2MB作为
:c:func:`devm_memremap_pages` 的跨架构通用对齐颗粒度。

`ZONE_DEVICE` 的用户是:

* pmem: 通过DAX映射将平台持久性内存作为直接I/O目标使用。

* hmm: 用 `->page_fault()``->page_free()` 事件回调扩展 `ZONE_DEVICE` ,
  以允许设备驱动程序协调与设备内存相关的内存管理事件,通常是GPU内存。参见/vm/hmm.rst。

* p2pdma: 创建 `struct page` 对象,允许PCI/E拓扑结构中的peer设备协调它们之间的
  直接DMA操作,即绕过主机内存。