《LINUX內(nèi)核源代碼情景分析》第2章筆記

fireaway7

第2章
2.3節(jié)重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)歸納（缺注釋的成員含義，等搞明白不斷添加，請知道的朋友給個提示，也請指出不對的地方）：
a. 每個物理頁面都有一個page結(jié)構(gòu)：
   typedef struct page {
       struct list_head list;                     // 鏈入管理區(qū)zone_t的空閑區(qū)域free_area[x].free_list
       struct address_space *mapping;   // 記錄內(nèi)存頁面與磁盤文件的映射關(guān)系（mmap()），結(jié)構(gòu)定義將在2.6節(jié)出現(xiàn)
       unsigned long index;                    // 從盤區(qū)換入時，記錄來自頁面在文件中的序號；換出盤區(qū)時，記錄動向
       struct page *next_hash;              // 2.6節(jié)，add_page_to_hash_queue()函數(shù)中使用到
       atomic_t count;                           // 估計是連續(xù)個數(shù)，如果count=2^n，則list會鏈入free_area[n].free_list
       unsigned long flags;
       struct list_head lru;                   // 鏈入LRU（最近最少使用）隊列
       unsigned long age;                    // 頁面“年齡”，為換出到磁盤提供依據(jù)
       wait_queue_head_t wait;
       struct page **pprev_hash;        // 2.6節(jié)，add_page_to_hash_queue()函數(shù)中使用到
       struct buffer_head * buffers;
       void *virtual;
       struct zone_struct *zone;          // 所屬管理區(qū)
   } mem_map_t;
   
b. 頁面管理區(qū)結(jié)構(gòu)：
   #define MAX_ORDER 10
   typedef struct zone_struct {
       spinlock_t lock;
       unsigned long offset;                          // 在mem_map[]中的起始頁面號
       unsigned long free_pages;                  // 空閑頁面?zhèn)�數(shù)
       unsigned long inactive_clean_pages;    // 不活躍干凈頁面?zhèn)�數(shù)
       unsigned long inactive_dirty_pages;    // 不活躍臟頁面?zhèn)�數(shù)
       unsigned long pages_min, pages_low, pages_high;  // 水位情況
      
       struct list_head inactive_clean_list;      // 不活躍干凈頁面隊列
       free_area_t free_area[MAX_ORDER];   // 空閑區(qū)域，不同下標對應(yīng)不同的“頁面連續(xù)規(guī)�！�
      
       // 管理區(qū)名字？？
       char *name;
       unsigned long size;
          
       struct pglist_data *zone_pgdat;        // 所屬存儲結(jié)點pglist_data結(jié)構(gòu)，zone_struct為zone_pgdat一個子集
       unsigned long zone_start_paddr;
       unsigned long zone_start_mapnr;
       struct page *zone_mem_map;
   } zone_t;
       
   頁面管理區(qū)空閑區(qū)域結(jié)構(gòu)：
   typedef struct free_area_struct {
       struct list_head free_list;       // page隊列，page后有2^n-1個連續(xù)的頁面
       unsigned int *map;
   } free_area_t;

c. 均質(zhì)存儲結(jié)構(gòu)（UMA）、非均質(zhì)存儲結(jié)構(gòu)（NUMA）
   #define ZONE_DMA 0
   #define ZONE_NORMAL 1
   #define ZONE_HIGHMEM 2
   #define MAX_NR_ZONES 3
       
   pglist_data存儲結(jié)點結(jié)構(gòu)，每個結(jié)點對應(yīng)一個UMA（mem_map[]，以及劃分為三個管理區(qū)），并且相互連在一起：
   typedef struct pglist_data {
       zone_t node_zones[MAX_NR_ZONES];       // 每個模塊可能有三種管理區(qū)
       zonelist_t node_zonelists[NR_GFPINDEX];  // 分配策略，但MAX_NR_ZONES種區(qū)域，能排除組合NR_GFPINDEX這麼多情況嗎？？
       struct page *node_mem_map;                  // 指向mem_map[] page數(shù)組
       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;                               // 結(jié)點編號
       struct pglist_data *node_next;    // 一下個pglist_data存儲結(jié)點
   } pg_data_t;
       
d. 分配策略結(jié)構(gòu)：
   #define NR_GFPINDEX 0x100          // 最多可以規(guī)定256種策略，不要被3種管理區(qū)組合不出來256種情況迷惑，因為pglist_data可能有多個
   typedef struct zonelist_struct {
       zone_t * zones [MAX_NR_ZONES+1]; // 以NULL結(jié)束，依次從zones[0]、zone[1]..分配，最多也只會有3種管理區(qū)
       int gfp_mask;    // 標號，node_zonelists[]下標
   } zonelist_t;

e. 虛擬空間信息結(jié)構(gòu)（需要哪些），對應(yīng)每個屬性（vm_page_prot、vm_flags）相同，地址連續(xù)（vm_start->vm_end）的頁面集合：
   struct vm_area_struct {
       struct mm_struct * vm_mm; // 上級結(jié)構(gòu)，進程完整虛擬空間，vm_area_struct為mm_struct一個子集

       // [vm_start, vm_end)，什么區(qū)間？當(dāng)然是虛擬地址區(qū)間
       unsigned long vm_start;      // 虛擬空間區(qū)間開始地址
       unsigned long vm_end;        // 虛擬空間區(qū)間結(jié)束地址
       
       // 單向鏈表（虛擬地址由高到低排列），mm_struct->mmap
       struct vm_area_struct *vm_next;
      
       pgprot_t vm_page_prot;    // 頁面屬性
       unsigned long vm_flags;    // 頁面標志
      
       // AVL樹結(jié)點（進程使用虛擬空間區(qū)間較多時才需要建AVL樹），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;     // 與磁盤文件交換或映射時用到
       struct vm_area_struct **vm_pprev_share;  // 與磁盤文件交換或映射時用到
      
       struct vm_operations_struct * vm_ops;      // 一組函數(shù)指針
       unsigned long vm_pgoff;     // 下標偏移，擴張時，-grow
       struct file * vm_file;             // 交換或映射到的磁盤文件
       unsigned long vm_raend;
       void * vm_private_data;
   };
       
f. 進程整個虛擬空間信息結(jié)構(gòu)：
   struct mm_struct {
       struct vm_area_struct * mmap;           // vm_area_struct結(jié)構(gòu)結(jié)點隊列
       struct vm_area_struct * mmap_avl;     // vm_area_struct結(jié)構(gòu)結(jié)點樹
       struct vm_area_struct * mmap_cache; // 最近使用的vm_area_struct結(jié)構(gòu)結(jié)點，程序使用的地址帶有局部性，35%概率下一次仍用該結(jié)點
       pgd_t * pgd;   // 進程頁面目錄位置，內(nèi)核將其寫入CR3，便可切換到該進程執(zhí)行
       // 一個進程只使用一個mm，但一個mm可能被多個進程使用，如vfork()、clone()
       atomic_t mm_users; // mm所屬用戶進程計數(shù)
       atomic_t mm_count; // mm被引用計數(shù)
       int map_count;        // 包含虛擬空間區(qū)間個數(shù)
       // 保護mm在不同上下文中受訪問，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 */
      
       // 該進程代碼段、數(shù)據(jù)段、存儲堆、堆棧段等的起點和終點
       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/*頁面總數(shù)*/, 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);   // 虛存打開
       void (*close)(struct vm_area_struct * area);   // 虛存關(guān)閉
       // 缺頁異常處理函數(shù)
       struct page * (*nopage)(struct vm_area_struct * area, unsigned long address, int write_access);
   };


*struct page mem_map[]，分為ZONE_DMA、ZONE_NORMAL、ZONE_HIGHMEM（http://blog.csdn.net/zhengaw/article/details/4537070）三個區(qū)，又由于要將各小范圍的UMA區(qū)分開，又定義了更上層的結(jié)構(gòu)pglist_data
*page、zone_struct描述供應(yīng)，mm_struct、vm_area_struct描述需求，還得與“倉庫”提供的物理頁面映射，才能真正得到存儲空間，頁面目錄、中間目錄、頁面表為兩者的橋梁
*ZONE_DMA區(qū)里面的頁面供DMA專用，原因：1.頁面換出操作本身需要物理頁面，而且換出時，肯定是頁面資源緊張了，所以要“預(yù)留”；2.DMA不經(jīng)過MMU提供的地址映射（不理解）；3.保證DMA得到的頁面是一定是連續(xù)的