【存儲管理】實體頁面的使用和周轉

除CPU之外，實體存儲頁面對于linux來說是最基本，最重要的資源了。虛拟頁面指的是在虛拟位址空間中一個固定大小，邊界與頁面大小4kb對齊及其内容，它最終要映射到某種實體存儲媒體上（實體頁面）。根據具體的媒體不同，實體頁面可以在記憶體中，也可以在磁盤上，分别稱為記憶體頁面和盤上頁面，此外，外部裝置（如網絡接口）用來存儲一個頁面内容的那部分媒體也稱為實體頁面；每一個程序的虛存空間是很大的（使用者空間有3GB），但是每一個程序實際上使用的空間要小的多，不會超過幾個MB，但是當有成千個程序同時存在時，對存儲空間的需求總量就很大了，這時，系統配備足夠的記憶體就很難了。

（1）記憶體頁面都對應一個page結構，并且有全局的mem_map指向，zone是将實體位址連續的許多頁面組成的塊；類似，交換裝置（通常是磁盤或檔案）的每一個實體頁面也在記憶體中有結構swap_info_struct，用以描述和管理頁面交換或裝置；其中swap指向一個數組，數組中的每一個無符号數即代表盤上的一個實體頁面，而數組的下标決定了該頁面在盤上或檔案中位置；pages決定數組的大小，表示頁面交換裝置或檔案的大小；swap_map[0]所代表的頁面不是用于頁面交換的，它包含裝置或檔案的自身資訊和哪些頁面可供使用的位圖；lowest_bit，highest_bit用于表示檔案從什麼地方開始到結束為止提供的頁面；max表示裝置或檔案最大頁面号，也就是裝置和檔案的大小。

（2）swap_on()指定将一個檔案用于頁面交換時，将該檔案的swap_info_struct結構鍊入到隊列swap_list_t中；pte_t将實體記憶體頁面和虛存頁面建立聯系。盤山頁面有一個swap_entry_t，7位type表示頁面在哪一個檔案或裝置中，24位表示頁面在一個磁盤裝置或檔案的位置，最低位永遠為0。當頁面在記憶體時，頁面表中的相應項确定了位址的映射關系，頁面不在記憶體時，則指明了實體頁面的去向和所在。

（3）__get_swap_page()用來配置設定磁盤頁面；__swap_free()用來釋放一個磁盤頁面，通過swap_info(type)得到具體檔案的swap_info_struct，具體頁面通過swap_map(offest)得到，然後判别。不是所有的頁面都可以被交換出去，隻有映射到使用者空間的頁面（普通的使用者空間頁面，含代碼段，資料段，堆棧段；mmap映射的，程序間的共享記憶體區）才會被換出。核心所使用的記憶體頁面也是動态配置設定的，但是常駐記憶體，不會被換出，包括使用外便無價值的（kmalloc,vmalloc,vma_area_struct,alloc_pages），使用完仍有價值的（inode結構，dentry結構，讀寫buffer等），釋放之後要放入LRU隊列中去。

（4）linux采用在系統相對空閑時，挑選一些頁面預先騰出一些頁面記憶體，進而保持一定的供應量；挑選的準則一般是LRU，但是還是避免不了“抖動”；linux為了進一步減小抖動，設定全局性的active_list，inactive_dirty_list兩個隊列，并且在每一個頁面管理區設定一個inactive_clean_list，根據page結構在上述LRU隊列中的位置，就可為回收頁面提供參考。

（5）通過一個全局的address_space資料結構swapper_space把所有可交換的記憶體頁面管理起來，每一個可交換的頁面通過隊列頭list鍊入到其中的一個一個隊列，為加快搜尋，建立了一個雜湊表page_hash_table；核心為每一個剛換入的頁面配置設定一個空白記憶體頁面以後，通過add_to_swap_cache()鍊入到clean_pages隊列中去；其實每一個inode資料結構都有一個成分i_data即address_space；然後還要鍊入到某個雜湊隊列和LRU隊列中的全局的active_list中去。