摘要：本文主要講述linux如何處理ARM cortex A9多核處理器的記憶體管理部分。主要包括對頁面配置設定函數的介紹。
1.1.1 配置設定頁面
不同的上下文，對配置設定頁面有不同的限制。例如：在中斷上下文中，不允許睡眠，那麼配置設定記憶體時，就不能等待換頁或者其他可能引起排程的事件。在檔案系統代碼中，申請頁面時，需要使用GFP_NOFS标志，這樣在記憶體不足時，就不能通過檔案系統回寫檔案緩存，以免引起死鎖。Linux3.0提供了以下配置設定标志：
/**
* 類似于GFP_ATOMIC，但是沒有__GFP_HIGH标志。實際上就是0.
* __GFP_HIGH标志表示需要适當降低水線，以使用緊急記憶體池。
*/
#define GFP_NOWAIT (GFP_ATOMIC & ~__GFP_HIGH)
/* GFP_ATOMIC means both !wait (__GFP_WAIT not set) and use emergency pool */
* 原子配置設定。不允許阻塞，同時允許使用緊急記憶體池。
* 這個标志主要用于中斷上下文。
#define GFP_ATOMIC (__GFP_HIGH)
* 不允許IO操作。當記憶體不足時，可能需要将記憶體換出到外部裝置，這需要IO操作。
* 但是在進行IO操作的過程，需要申請記憶體時必須指定此标志，以免死鎖。
#define GFP_NOIO (__GFP_WAIT)
* 不允許檔案系統操作。在檔案系統代碼中，申請記憶體需要有此标志。也是為了避免死鎖。
#define GFP_NOFS (__GFP_WAIT | __GFP_IO)
* 當記憶體不足時，允許通過檔案系統、IO操作将頁面換出以釋放記憶體空間。
* 一般的系統調用代碼中，都使用此配置設定标志。
* 這也是最常見的配置設定标志。
#define GFP_KERNEL (__GFP_WAIT | __GFP_IO | __GFP_FS)
* 類似于GFP_KERNEL，并且在記憶體不足時，還允許進行記憶體回收。
#define GFP_TEMPORARY (__GFP_WAIT | __GFP_IO | __GFP_FS | \
__GFP_RECLAIMABLE)
* 配置設定用于使用者程序的頁面。與GFP_KERNEL相比，增加__GFP_HARDWALL。
* __GFP_HARDWALL表示可以在程序能夠運作的CPU節點上配置設定記憶體。
#define GFP_USER (__GFP_WAIT | __GFP_IO | __GFP_FS | __GFP_HARDWALL)
* 配置設定用于使用者程序的頁面，并且可以在高端記憶體中配置設定記憶體。
#define GFP_HIGHUSER (__GFP_WAIT | __GFP_IO | __GFP_FS | __GFP_HARDWALL | \
__GFP_HIGHMEM)
* 配置設定用于使用者程序的頁面，并且可以在高端記憶體中配置設定記憶體，配置設定的頁面可能被遷移以減少記憶體外碎片。
*/
#define GFP_HIGHUSER_MOVABLE (__GFP_WAIT | __GFP_IO | __GFP_FS | \
__GFP_HARDWALL | __GFP_HIGHMEM | \
__GFP_MOVABLE)
* 如果記憶體不足，可以通過檔案系統和IO操作将頁面換出以增加可用記憶體。
#define GFP_IOFS (__GFP_IO | __GFP_FS)
* 配置設定的頁面用于透明巨頁。
#define GFP_TRANSHUGE (GFP_HIGHUSER_MOVABLE | __GFP_COMP | \
__GFP_NOMEMALLOC | __GFP_NORETRY | __GFP_NOWARN | \
__GFP_NO_KSWAPD)
* 隻允許在目前節點中配置設定。
#ifdef CONFIG_NUMA
#define GFP_THISNODE (__GFP_THISNODE | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY)
#else
#define GFP_THISNODE ((__force gfp_t)0)
#endif
配置設定頁面的函數是alloc_pages，在NUMA系統中，它僅僅是對alloc_pages_current的一個簡單封裝。
* 配置設定頁面。
* gfp: 配置設定标志，如GFP_ATOMIC、GFP_KERNEL等等。
* order: 要配置設定的頁面數量為2^order，要配置設定一個頁面，指定order為0.
struct page *alloc_pages_current(gfp_t gfp, unsigned order)
{
/**
* 取目前程序的記憶體配置設定政策。
* 在支援NUMA的系統中，這個政策可以決定在哪些節點中配置設定記憶體。
*/
struct mempolicy *pol = current->mempolicy;
struct page *page;
* 如果存在以下情況，就使用系統預設的配置設定政策:
* 程序沒有指定特定的配置設定政策。
* 在中斷中，由于中斷要求快速執行，是以使用預設政策在目前節點中配置設定記憶體。
* 調用者顯示的要求在目前節點中配置設定記憶體。
if (!pol || in_interrupt() || (gfp & __GFP_THISNODE))
pol = &default_policy;
* 在使用程序配置設定政策前，必須調用get_mems_allowed，以防止系統修改其值。
get_mems_allowed();
/*
* No reference counting needed for current->mempolicy
* nor system default_policy
* numa_memory_policy.txt描述了記憶體配置設定政策，我也不清楚。
* 但是最後都會調用__alloc_pages_nodemask，是以我們接下來分析__alloc_pages_nodemask函數。
if (pol->mode == MPOL_INTERLEAVE)
page = alloc_page_interleave(gfp, order, interleave_nodes(pol));
else
page = __alloc_pages_nodemask(gfp, order,
policy_zonelist(gfp, pol, numa_node_id()),
policy_nodemask(gfp, pol));
* 允許進行記憶體政策的修改。
put_mems_allowed();
return page;
}
EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_current);
頁面配置設定的核心算法由__alloc_pages_nodemask函數實作。
* 頁面配置設定的核心算法。
struct page *
__alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
* 根據傳入的标志，決定從哪個記憶體區開始配置設定記憶體。
* 例如，如果沒有指定高端記憶體标志，那麼就從normal開始，當normal中沒有可用記憶體時，再從DMA32、DMA中配置設定記憶體。
enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
struct zone *preferred_zone;
* 根據傳入的标志，決定配置設定頁面的遷移方式。
* 頁面遷移功能可以減少記憶體外碎片。
int migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask);
* 在系統運作的各個階段，某些标志不能使用。
* 如，沒有初始化檔案系統時，自然不能使用GFP_FS标志。這裡對傳入的标志進行整理，以适用系統各個階段的情況。
gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
* 調試代碼，略過。
lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
* 如果指定了__GFP_WAIT标志，那麼在配置設定頁面的過程中就可能會睡眠。
* 如果目前上下文不允許程序睡眠，并且指定了__GFP_WAIT标志，則會産生警告。這也是用于調試的代碼。
might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_WAIT);
* 這裡是對參數進行進一步的檢查，當打開CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC調試配置選項才有用，略過。
if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
return NULL;
* Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
* valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
* of GFP_THISNODE and a memoryless node
* 如果沒有任何一個可用管理區，則直接傳回NULL。
* 如果指定了GFP_THISNODE标志并且目前節點沒有記憶體，則可能存在這種情況。
* 這一般要求上層調用者在發現NULL傳回值時，指定其他标志。
if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
* 後續要求調用cpuset_current_mems_allowed，這個宏獲得目前程序可用的節點。
* 調用這個宏需要防止目前程序的記憶體政策被修改。get_mems_allowed用于此目的。
/* The preferred zone is used for statistics later */
* 根據傳入的參數，确定優先在哪個管理區中配置設定記憶體。
first_zones_zonelist(zonelist, high_zoneidx,
nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
&preferred_zone);
* 沒有可用的管理區。
if (!preferred_zone) {
put_mems_allowed();/* 與get_mems_allowed配對調用。 */
}
/* First allocation attempt */
* 快速配置設定路徑，在這個配置設定路徑中，指定了__GFP_HARDWALL和ALLOC_WMARK_LOW、ALLOC_CPUSET标志。
* 這樣，在配置設定時要考慮記憶體的CPU親和性，并且盡量在較高的水線上配置設定，防止某些記憶體區被過早的擊穿。
page = get_page_from_freelist(gfp_mask|__GFP_HARDWALL, nodemask, order,
zonelist, high_zoneidx, ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET,
preferred_zone, migratetype);
if (unlikely(!page))/* 快速路徑無法獲得記憶體，這樣就需要降低水線标準，或者啟動記憶體回收過程。 */
page = __alloc_pages_slowpath(gfp_mask, order,
zonelist, high_zoneidx, nodemask,
preferred_zone, migratetype);
/* 與get_mems_allowed配對調用。 */
/* 調試代碼。 */
trace_mm_page_alloc(page, order, gfp_mask, migratetype);
EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
頁面配置設定的主流程在get_page_from_freelist和__alloc_pages_slowpath函數中。
未完待續
![Linux記憶體管理[圖]](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///wAAACwAAAAAAQABAAACAkQBADs=)