Linux内核API page_zone|极客笔记

page_zone函数功能描述：page_zone( )函数用来获取给定页框所在的区描述符。该区可为ZONE_DMA、ZONE_NORMAL或者ZONE_HIGHMEM。

page_zone文件包含

#include<linux/mm.h>

page_zone函数定义

在内核源码中的位置：linux-3.19.3/include/linux/mm.h

函数定义格式：

static inline struct zone *page_zone(const struct page *page)

page_zone输入参数说明

参数page是一个指针，它是对linux内存管理中页的描述，关于结构体page的定义参考alloc_pages( )函数的分析。

page_zone返回参数说明

该函数返回给定页框所在的区描述符，该描述符是结构体类型struct zone，它跟踪页框使用、空闲区域和锁等信息，在文件linux-3.19.3/include/linux/mmzone.h中定义。

Linux虚拟内存管理中有两个概念UMA（Uniform Memory Access）, NUMA（Non Uniform Memory Access），它们是与体系结构相关的。UMA是指一致性内存访问，常用于单CPU体系结构，NUMA指非一致性内存访问，用于多CPU的机器。UMA模式下，CPU访问系统内存中任何位置的代价都是一样的，而NUMA模式下，不同内存相对于不同的CPU所处的位置不一样，CPU对它们的访问开销也因此不一样，系统为每个CPU划分了本地内存，不同CPU之间通过总线连接起来，这样CPU访问本地内存的代价比访问远端内存的代价要小。

为了支持非一致性内存访问（NUMA）, Linux将内存划分成不同的节点（Node），划分给每个CPU的本地内存被称作一个节点。一致性内存访问（UMA）中也有节点，只不过系统中只有一个节点。多个节点是通过数据结构pglist_data链接起来的，该结构体在文件include/linux/mmzone.h中定义。每个节点一般被分为三个区，分别是ZONE_DMA、ZONE_NORMAL和ZONE_HIGHMEM，关于区描述符参见本节上文对结构体zone的说明。在x86平台上三个区的划分如表所示。

Linux内核API page_zone

ZONE_NORMAL区包含了大量的页（4096个），几乎所有的用户进程请求的空间都是分配在这个区的，不过ZONE_DMA也会被使用。ZONE_HIGHMEM中的页是内核不能直接访问的页，该部分的页并不能永久地映射到内核地址空间。

page_zone实例解析

编写测试文件：page_zone.c

头文件及全局变量声明如下：

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/mmzone.h>
MODULE_LICENSE("GPL");
static int __init page_zone_init(void);
static void __exit page_zone_exit(void);
struct page * page = NULL;

模块初始化函数：

int __init page_zone_init(void)
{
    page = alloc_pages(GFP_KERNEL,0);  //分配一个物理页
    if(! page)
    {
        printk("alloc_pages failed! \n");
        return -ENOMEM;
    }
    else
    {
        printk("alloc_pages Successfully! \n");
        struct zone * zone = NULL;
        zone = page_zone( page );        //获取物理页page所属的区描述符
        if(! zone)
        {
            printk("page_zone wrong! \n");
        }
        else
        {
            printk("the zone name is %s\n", zone->name);
        }
    }
    return 0;
}

模块退出函数：

void __exit page_zone_exit(void)
{
    if(page)
        __free_pages(page,0);             //释放所分配的物理页
    printk("exit! \n");
}

模块初始化及退出函数调用：

module_init(page_zone_init);
module_exit(page_zone_exit);

实例运行结果及分析：

首先编译模块，执行命令insmod page_zone.ko插入模块，然后执行命令dmesg -c，会出现如图所示的结果。

Linux内核API page_zone

结果分析：

page_zone( )需要有一个page指针作为参数，这里通过alloc_pages( )函数分配一个page，然后将它传递给page_zone( )函数获得一个zone类型指针，这样便得到了由alloc_pages( )所分配的页所在的区描述符。怎样判断它是在ZONE_DMA、ZONE_NORMAL或是ZONE_HIGHMEM中的呢，测试中输出区描述的名称为“DMA32”，可知由alloc_pages( )所分配的页在ZONE_DMA区。

测试程序中调用了alloc_pages( )函数来分配物理页，参考极客笔记网关于该函数的分析。