怎么进行Linux系统内核架构分析

这期内容当中小编将会给大家带来有关怎么进行Linux系统内核架构分析，文章内容丰富且以专业的角度为大家分析和叙述，阅读完这篇文章希望大家可以有所收获。

Linux系统中内核是一个非常重要的一部分，那么Linux内核具体是什么样子呢？下面本篇文章和大家深入讲解一下Linux系统内核机构，有需要的朋友可以参考一下。

1：在内核使用高端内存页之前，必须使用下文讨论的kmap和kunmap函数将其映射到内存虚拟地址空间中。

2：UMA计算机（一致内存访问，uniform memory access）将可用内存以连续方式组织起来。

3：NUMA计算机（非一致性内存访问，non-uniform memory access）系统的各个CPU都有本地内存，可支持特别快速的访问，各个处理器之间通过总线连接起来，以支持其他CPU的本地内存的访问。

4：内核会区分三种配置选项：FLATTMEM,DISCONTIGMEM,SPARSEMEM,DISCONTIGMEM.

5：内存划分为结 点。每个节点关联到系统中的一个处理器。在内核中表示为pg_data_t的实例。

6：各个结点又划分为 内存域，是内存域的进一步细分。

7：

注：zonelist：指向zonelist数据结构的指针，该数据结构按照优先次序描述了适于内存分配的内存管理区。

8：

1）ZONE_DMA标记适合DMA的内存域。

2）ZONE_DMA32标记了使用32位地址字可寻址，适合DMA的内存域。

3）ZONE_NORMAL标记了可直接映射到内核段的普通内存域，这是在所有体系结构上保证都会存在的唯一内存域，但无法保证该地址范围对应了实际的物理内存。

4）ZONE_HIGHMEM标记了超出内核段的物理内存。

5）伪内存域ZONE_MOVABLE.

6）MAX_NR_ZONES充当结束标志，在内核想要迭代系统中的所有内存域时，会用到该常量。

7）各个内存域都关联了一个数组，用来组织属于该内存域的物理内存页（页帧）。对每个页帧，都分配一个struct page实例以及所需的管理数据。

8）每个节点都提供了一个备用列表（借助struct zonelist）。该列表包含了其他节点（和相关的内存域），可用于代替当前节点分配内存。

3.2.2数据结构

1）结点管理

pg_data_t用于表示节点的基本元素。

   typedef struct pglist_data{        struct zone node_zones[MAX_NR_ZONES];        struct zonelist node_zonelists[MAX_ZONELISTS];        int nr_zones;        struct page*node_mem_map;        struct bootmem_data *bdata;        unsigned long node_start_pfn;        unsigned long node_present_pages;/*物理内存页的总数*/        unsighed long node_spanned_pages;/*物理内存页的总数，包含洞在内*/                int node_id;        struct pglist_data *pgdat_next;        wait_queue_head_t kswapd_wait;        struct task_struct *ksward;        int ksward_max_order;}pg_data_t;

注：1）node_zones是一个数组，包含了节点中各内存域的数据结构。

2）node_zonelists指定了备用节点及其内存域的列表，以便在当前节点没有可用空间时，在备用节点分配内存。

3）节点中不同内存域的数目保存在nr_zones中

4）node_mem_map是指向page实例数组的指针，用于描述节点的所有物理内存页，它包含了节点中所有内存域的页。

5）bdata指向自举内存分配器数据结构的实例。

6）node_start_pfn是该NUMA节点第一个页帧的逻辑编号。所有页帧是依次编号的，每个页帧的号码都是全局唯一的。

在UMA中总是0.

7）node_present_pages指定了节点中页帧的数目，node_spanned_pages则给出了该节点以页帧 为单位计算的长度。

8）node_id是全局节点ID。

9）pgdat_next连接到下一个内存节点，系统中所有的内存节点都通过单链表连接起来，其末尾通过空指针标记。

10）kswapd_wait是交换守护进程（swap daemon）的等待队列，将在页帧换出节点时会用到。

kswapd指向负责该节点的交换守护进程的task_struct.

kswapd_max_order用于页交换子系统的实现，用来定义需要释放的区域的长度。

11）节点的内存域保存在node_zones[MAX_NR_ZONES].该数组总是有3项。即使节点没有那么多内存域，若不足3个，则其余的数组项用0填充。

    enum node_states{     N_POSSIBLES,                   /*节点在某个时候可能变成联机*/     N_ONLINE,                      /*节点是联机的*/     N_NORMAL_MEMORY,               /*几点有普通内存域*/#ifdef CONFIG_HIGHMEM     N_HIGH_MEMORY,                 /*节点有普通或高端内存域*/#else     N_HIGH_MEMORY = N_NORMAL_MEMORY,#endif     N_CPU,                         /*节点有一个或者多个CPU*/     NR_NODE_STATES};

注：如果节点有普通或高端内存则使用N_HIGH_MEMORY,仅当节点没有高端内存才设置N_NORMAL_MEMORY.

2）内存域

内核使用zone结构来描述内存域。

2. struct zone{

3. /*通常由页分配器访问的字段*/

4. unsigned long pages_min,pages_low,pages_high; 注：1）若空闲页的数目多于pages_high,则内存域的状态是理想的

5. 2）若空闲页的数目低于pages_low,则内核开始将页换出到硬盘

6. 3）若空闲页的数目低于pages_min，内存域急需空闲页，需页回收

7. 4）数据结构中水印值得填充由init_per_zone_pages_min处理。

8. 5）setup_per_zone_pages_min设置struct zone的pages_min,

9. pages_low,pages_high成员。

10. 
    

11. 
    

12. unsigned long lowmem_reserve[MAX_NR_ZONES]; 注：该数组分别为各种内存域指定了若干项，用于一些无论如何都不能失败 的关键性内存分配。

13. struct per_cpu_pageset pageset[NR_CPUS]; 注：该数组用于实现每个CPU的热/冷页帧列表。内核使用这些列表保存可 用于满足实现的"新鲜"页。

14. 热页帧：在高速缓存中，可以快速访问，

15. 冷页帧：不在高速缓存中的页帧

16. NR_CPUS是一个可以在编译时间配置的宏常数。

17. 注：数组元素的类型为per_cpu_pageset

18.         struct per_cpu_pageset{       struct per_cpu_pages pcp[2];/*索引0对应热页，索引1对应冷页*/}__cacheline_aligned_in_smp;

    注：该结构由一个带有数组项的数组构成，第一项管理热页。第二页管理冷页。

    有用的数据保存在per_cpu_pages中。

            struct per_cpu_pages{       int count;                     /*与该列表相关的页的数目*/       int high;                      /*high是页数上限水印，在需要的时候清空列表。若count的值超出high，即列表中的                                        页数太多*/       int batch;                     /*添加/删除多项页的时候，块的大小*/       struct list_head list;         /*list是页的双链表，保存当前CPU的冷页或者热页*/}

    
    

19. "

1. 
   

2. /*

3. *不同长度的空闲区域

4. */

5. spinlock_t lock;

6. struct free_area free_area[MAX_OEDER]; 注：是同名数据结构的数组，用于实现伙伴系统，每个数组元素都表示某种 固定长度的一些连续的内存区。对于包含在每个区域中的空闲内存页 的管理。free_area是一个起点。

7. ZONE_PAGGING(_pad1_)

8. 
   

9. /*通常由页面收回扫描程序访问的字段*/

10. spinlock_t lru_lock;

11. struct list_head active_list; 注：是活动页的集合

12. struct list_head inactive_list; 注：是不活动页的集合

13. unsighed long nr_scan_active; 注：回收内存时需要扫描的活动页的数目

14. unsighed long nr_scan_inactive; 注：回收内存时需要扫描的不活动页的数目

15. unsighed long pages_scanned; 注：上次回收以来扫描过的页

16. unsighed long flags； 注：描述内存域当前状态

17.         typedef  enum {         ZONE_ALL_UNERCLAIMABLE,         /*所有的页都已经钉住,不能回收*/         ZONE_RECLAIM_LOCKED,            /*防止并发回收*/         ZONE_OOM_LOCKED,                /*内存域即可被回收*/}zone_flags_t;

18. 
    

19. /*内存域统计量*/

20. atmoic_long_t vm_stat[NR_VM_STAT_ITEMS]; 注：维护了大量有关内存域的统计信息。辅助函数zone_page_state用来 读取vm_stat中的信息

21. int prev_priority; 注：存储了上一次扫描操作扫描该内存域的优先级。扫描操作是由try_to _free_pages进行的，直至释放了足够多的页帧。

22. ZONE_PAGGING(_pad2_)

23. /*很少使用或大多数情况下只读的字段*/

24. wait_queue_head_t *wait_table; 注：是一个等待队列，可用于等待某一页变为可用进程。进程排成一个队 ``

25. unsighed long wait_table_hash_nr_entries;列，等待某些条件， 在条件为真时，内核会通知进程恢复工作。

26. unsighed long wait_table_bits;

27. 
    

28. /*支持不连续内存模型的字段*/

29. struct pglist_data *zone_pgdat; 注：内存域和父节点之间的关联由zone_pgdat建立，zone_pgdat指向对 应的pg_list_data实例

30. unsighed long zone_start_pfn; 注：内存域第一个页帧的索引

31. unsighed long spanned_pages; /*总长度，包括空洞*/

32. unsighed long present_pages; /*总长度，不包括空洞*/实际上可用的页数目

33. /*

34. *很少使用的字段

35. */

36. char *name; 注：是一个字符串，保存该内存域的惯用名称。3个选项可用，Normal，

37. DMA,HighMem

38. }__cacheline_maxaligned_in_smp;

3.内存域水印的计算

在计算水印之前，内核首先确定需要为关键性分配保留的内存空间的最小值。该值随可用内存的大小而非线性增长，并保留在全局变量min_free_kbytes中。

注：1）高端内存域的下界SWAP_CLUSTER_MAX.

2)它定义了分组的大小。

3）setup_per_zone_lowmem_reserve计算出lowmem_reserve

上述就是小编为大家分享的怎么进行Linux系统内核架构分析了，如果刚好有类似的疑惑，不妨参照上述分析进行理解。如果想知道更多相关知识，欢迎关注行业资讯频道。