struct page&&pfn&&page frame

傷城~ 2023-07-21 08:34 14阅读 0赞

**页（page）**：针对虚拟地址而言的一个概念，是线性地址被分为固定长度的单位组（典型大小为4k）.页内部连续的线性地址被映射到连续的物理地址中.

**页框（page frame）**：针对物理地址的一个概念。物理内存被分为固定的长度的存储区域，该区域页框也叫物理页。内核中使用struct page来描述一个物理页。

**物理页框号（PFN）**:物理页区域中所有物理地址右移n位（n表示物理页大小转化为二进制的位数）如图1所示.

![20200403014418702.png][] 1.物理页框号

## struct page ##

由上可知struct page用来关联描述物理页的.下面看看该结构体的内核源码实现：（下面是伪代码不是内核真正的实现）

//include/linux/mm_types.h
    struct page {
        unsigned long flags;
        struct address_space *mapping;
        unsigned long index;   
        atomic_t _mapcount;
        atomic_t _refcount;
        struct list_head lru; 
        unsigned long private;     
        ...  
    }

由于每个物理页都要用一个一个struct page结构提来描述因此,为了节约内存struct page用了大量联合体，上面只是列举常用的一些常用的字段

***（1）flag***

该字段描述page的状态或者其他属性，参考下图：

![20200404234849244.png][] 2.page---flag数据描述

section：主要用于稀疏内存模型SPARSEMEM（设计到内存模型问题）

node：NUMA节点号，标识该page属于哪一个节点。  
zone：内存域标志，标识该page属于哪一个zone。  
flag：page的状态标识，常用的有：

//include/linux/page_flags.h
    enum pageflags {
    	PG_locked,		/* 表示页面已上锁，不要访问 */
    	PG_error,     /* 表示页面发生IO错误 */
    	PG_referenced, /* 用于RCU算法 */
    	PG_uptodate,   /* 表示页面内容有效，当该页面上读操作完成后，设置该标志位 */
    	PG_dirty,      /* 表示页面是脏页，内容被修改过 */
    	PG_lru,        /* 表示该页面在lrc链表中 */
    	PG_active,     /* 表示该页面在活跃lru链表中 */
    	PG_slab,       /* 表示该页面是属于slab分配器创建的slab */
    	PG_owner_priv_1,	/* 页面的所有者使用，如果是pagecache页面，文件系统可能使用*/
    	PG_arch_1,       /* 与体系架构相关的页面状态位 */
    	PG_reserved,     /* 表示该页面不可被换出，防止该page被交换到swap */
    	PG_private,		/* 如果page中的private成员非空，则需要设置该标志，如果是pagecache, 包含fs-private data */
    	PG_private_2,		/* 如果是pagecache, 包含fs aux data */
    	PG_writeback,		/* 页面正在回写 */
    	PG_head,		/* A head page */
    	PG_swapcache,		/* 表示该page处于swap cache中 */
    	PG_mappedtodisk,	/* 表示page中的数据在后备存储器中有对应 */
    	PG_reclaim,		/* 表示该page要被回收，决定要回收某个page后，需要设置该标志 */
    	PG_swapbacked,		/* 该page的后备存储器是swap/ram，一般匿名页才可以回写swap分区 */
    	PG_unevictable,		/* 该page被锁住，不能回收，并会出现在LRU_UNEVICTABLE链表中，它包括的几种page：ramdisk或ramfs使用的页、shm_locked、mlock锁定的页 */
    #ifdef CONFIG_MMU
    	PG_mlocked,		/* 该page在vma中被锁定，一般是通过系统调用mlock()锁定了一段内存 */
    #endif
    #ifdef CONFIG_ARCH_USES_PG_UNCACHED
    	PG_uncached,		/* 该page是uncache的 */
    #endif
    #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
    	PG_hwpoison,		/* hardware poisoned page. Don't touch */
    #endif
    #if defined(CONFIG_IDLE_PAGE_TRACKING) && defined(CONFIG_64BIT)
    	PG_young,
    	PG_idle,
    #endif
    	__NR_PAGEFLAGS,
    
    	/* Filesystems */
    	PG_checked = PG_owner_priv_1,
    
    	/* Two page bits are conscripted by FS-Cache to maintain local caching
    	 * state.  These bits are set on pages belonging to the netfs's inodes
    	 * when those inodes are being locally cached.
    	 */
    	PG_fscache = PG_private_2,	/* page backed by cache */
    
    	/* XEN */
    	/* Pinned in Xen as a read-only pagetable page. */
    	PG_pinned = PG_owner_priv_1,
    	/* Pinned as part of domain save (see xen_mm_pin_all()). */
    	PG_savepinned = PG_dirty,
    	/* Has a grant mapping of another (foreign) domain's page. */
    	PG_foreign = PG_owner_priv_1,
    
    	/* SLOB */
    	PG_slob_free = PG_private,
    
    	/* Compound pages. Stored in first tail page's flags */
    	PG_double_map = PG_private_2,
    
    	/* non-lru isolated movable page */
    	PG_isolated = PG_reclaim,
    };

内核中提供了一些标准宏，用来检查、操作某些特定的比特位，如：

PageXXX(page)：检查page是否设置了PG_XXX位
    SetPageXXX(page)：设置page的PG_XXX位
    ClearPageXXX(page)：清除page的PG_XXX位
    TestSetPageXXX(page)：设置page的PG_XXX位，并返回原值
    TestClearPageXXX(page)：清除page的PG_XXX位，并返回原值

***(2) mapping***

mapping：有三种含义

*        如果mapping = 0，说明该page属于交换缓存（swap cache）当需要使用地址空间时会指定交换分区的地址空间swapper\_space
 *        如果mapping != 0，bit\[0\] = 0，说明该page属于页缓存或文件映射，mapping指向文件的地址空间address\_space
 *        如果mapping != 0，bit\[0\] != 0，说明该page为匿名映射，mapping指向struct anon\_vma对象,通过mapping恢复anon\_vma的方法：anon\_vma = (struct anon\_vma \*)(mapping - PAGE\_MAPPING\_ANON)

***(3) index***

表示该page在文件内的offset（以page size为单位)即是在映射的虚拟空间（vma\_area）内的偏移；一个文件可能只映射一部分，假设映射了1M的空间，index指的是在1M空间内的偏移，而不是在整个文件内的偏移

***(4)\_mapcount***

被页表映射的次数，也就是说该page同时被多少个进程共享。即是表示该page frame被映射的个数，也就是多少个page table entry中含有这个page frame的pfn.

*** (5)  \_refcount***

表示引用计数。当count值为0时，该page frame可被free掉；如果不为0，说明该page正在被某个进程或者内核使用，调用page\_count()可获得count值。

ps:注意区分\_count和\_mapcount，\_mapcount表示的是映射次数，而\_count表示的是使用次数；被映射了不一定在使用，但要使用必须先映射

***(6) lru***

是"least recently used"的缩写，根据page frame的活跃程度（使用频率），一个可回收的page frame要么挂在active\_list双向链表上，要么挂在inactive\_list双向链表上，以作为页面回收的选择依据，lru中包含的就是指向所在链表中前后节点的指针

***(7) private***

private：私有数据指针，由应用场景确定其具体的含义：

*          a：如果设置了PG\_private标志，表示buffer\_heads；
 *          b：如果设置了PG\_swapcache标志，private存储了该page在交换分区中对应的位置信息swp\_entry\_t。
 *          c：如果\_mapcount = PAGE\_BUDDY\_MAPCOUNT\_VALUE，说明该page位于伙伴系统，private存储该伙伴的阶。

参考：（1）[https://blog.csdn.net/farmwang/article/details/66975345][https_blog.csdn.net_farmwang_article_details_66975345]

（2）[https://zhuanlan.zhihu.com/p/68465952][https_zhuanlan.zhihu.com_p_68465952]

[20200403014418702.png]: /images/20230528/aa2cf6f743354af8a0ec812b55466e80.png
[20200404234849244.png]: /images/20230528/cb79d9cd88164f3c98761cc5858c30cb.png
[https_blog.csdn.net_farmwang_article_details_66975345]: https://blog.csdn.net/farmwang/article/details/66975345
[https_zhuanlan.zhihu.com_p_68465952]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/68465952