1 内存节点node

1.1 为什么要用node来描述内存

这点前面是说的很明白了, NUMA结构下, 每个处理器CPU与一个本地内存直接相连, 而不同处理器之前则通过总线进行进一步的连接, 因此相对于任何一个CPU访问本地内存的速度比访问远程内存的速度要快

Linux适用于各种不同的体系结构, 而不同体系结构在内存管理方面的差别很大. 因此linux内核需要用一种体系结构无关的方式来表示内存.

因此linux内核把物理内存按照CPU节点划分为不同的node, 每个node作为某个cpu结点的本地内存, 而作为其他CPU节点的远程内存, 而UMA结构下, 则任务系统中只存在一个内存node, 这样对于UMA结构来说, 内核把内存当成只有一个内存node节点的伪NUMA

1.2 内存结点的概念

CPU被划分为多个节点(node), 内存则被分簇, 每个CPU对应一个本地物理内存, 即一个CPU-node对应一个内存簇bank，即每个内存簇被认为是一个节点

系统的物理内存被划分为几个节点(node), 一个node对应一个内存簇bank，即每个内存簇被认为是一个节点

内存被划分为结点. 每个节点关联到系统中的一个处理器, 内核中表示为pg_data_t的实例. 系统中每个节点被链接到一个以NULL结尾的pgdat_list链表中<而其中的每个节点利用pg_data_tnode_next字段链接到下一节．而对于PC这种UMA结构的机器来说, 只使用了一个成为contig_page_data的静态pg_data_t结构.

内存中的每个节点都是由pg_data_t描述,而pg_data_t由struct pglist_data定义而来, 该数据结构定义在include/linux/mmzone.h, line 615

在分配一个页面时, Linux采用节点局部分配的策略, 从最靠近运行中的CPU的节点分配内存, 由于进程往往是在同一个CPU上运行, 因此从当前节点得到的内存很可能被用到

1.3 pg_data_t描述内存节点

表示node的数据结构为typedef struct pglist_data pg_data_t， 这个结构定义在include/linux/mmzone.h, line 615中,结构体的内容如下:

/*
 * The pg_data_t structure is used in machines with CONFIG_DISCONTIGMEM
 * (mostly NUMA machines?) to denote a higher-level memory zone than the
 * zone denotes.
 *
 * On NUMA machines, each NUMA node would have a pg_data_t to describe
 * it's memory layout.
 *
 * Memory statistics and page replacement data structures are maintained on a
 * per-zone basis.
 */
struct bootmem_data;
typedef struct pglist_data {
    /*  包含了结点中各内存域的数据结构 , 可能的区域类型用zone_type表示*/
    struct zone node_zones[MAX_NR_ZONES];
    /*  指点了备用结点及其内存域的列表，以便在当前结点没有可用空间时，在备用结点分配内存   */
    struct zonelist node_zonelists[MAX_ZONELISTS];
    int nr_zones;                                   /*  保存结点中不同内存域的数目    */
#ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP /* means !SPARSEMEM */
    struct page *node_mem_map;      /*  指向page实例数组的指针，用于描述结点的所有物理内存页，它包含了结点中所有内存域的页。    */
#ifdef CONFIG_PAGE_EXTENSION
    struct page_ext *node_page_ext;
#endif
#endif
#ifndef CONFIG_NO_BOOTMEM
       /*  在系统启动boot期间，内存管理子系统初始化之前，
       内核页需要使用内存（另外，还需要保留部分内存用于初始化内存管理子系统）
       为解决这个问题，内核使用了自举内存分配器 
       此结构用于这个阶段的内存管理  */
    struct bootmem_data *bdata;
#endif
#ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
    /*
     * Must be held any time you expect node_start_pfn, node_present_pages
     * or node_spanned_pages stay constant.  Holding this will also
     * guarantee that any pfn_valid() stays that way.
     *
     * pgdat_resize_lock() and pgdat_resize_unlock() are provided to
     * manipulate node_size_lock without checking for CONFIG_MEMORY_HOTPLUG.
     *
     * Nests above zone->lock and zone->span_seqlock
     * 当系统支持内存热插拨时，用于保护本结构中的与节点大小相关的字段。
     * 哪调用node_start_pfn，node_present_pages，node_spanned_pages相关的代码时，需要使用该锁。
     */
    spinlock_t node_size_lock;
#endif
    /* /*起始页面帧号，指出该节点在全局mem_map中的偏移
    系统中所有的页帧是依次编号的，每个页帧的号码都是全局唯一的（不只是结点内唯一）  */
    unsigned long node_start_pfn;
    unsigned long node_present_pages; /* total number of physical pages 结点中页帧的数目 */
    unsigned long node_spanned_pages; /* total size of physical page range, including holes                     该结点以页帧为单位计算的长度，包含内存空洞 */
    int node_id;        /*  全局结点ID，系统中的NUMA结点都从0开始编号  */
    wait_queue_head_t kswapd_wait;      /*  交换守护进程的等待队列，
    在将页帧换出结点时会用到。后面的文章会详细讨论。    */
    wait_queue_head_t pfmemalloc_wait;
    struct task_struct *kswapd;     /* Protected by  mem_hotplug_begin/end() 指向负责该结点的交换守护进程的task_struct。   */
    int kswapd_max_order;                       /*  定义需要释放的区域的长度  */
    enum zone_type classzone_idx;

#ifdef CONFIG_COMPACTION
    int kcompactd_max_order;
    enum zone_type kcompactd_classz