搞懂sparsemem稀疏内存模型

最新推荐文章于 2025-03-19 20:13:03 发布

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#linux #Linux内核 #内存

sparsemem是Linux内核用于处理非连续物理内存的模型，它通过精细的section管理减少内存浪费。文章介绍了在Linux5.9X86_64环境下启用的相关配置，如CONFIG_SPARSEMEM及相关极端设置。核心数据结构包括structmem_section，其section_mem_map字段存储多种状态信息。此外，文章还涉及了pfn与section、page与pfn之间的转换函数以及VMEMMAP在sparsemem中的作用。

概述

随着大内存和内存热插拔技术发展，内核物理内存越来越不连续，内核管理这种非连续物理内存的元数据metadata也需要随之发展，避免内存浪费，内核的sparse mem稀疏内存模型就是解决该问题。

稀疏内存模型的核心思想是对更小力度的连续内存块进行更为精细的管理，用户管理连续内存的基本单位是section，那么热插拔基本单位也是一个section（linux即struct mem_section)，由于sparse memory model经过了多个的优化，有好几个的macro控制逻辑，本文以Linux 5.9 X86_64下打开如下特性为例说明：

CONFIG_SPARSEMEM=y
CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME=y
CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP_ENABLE=y
CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP=y
CONFIG_X86_5LEVEL=y

数据结构

mmzone.h

//4096 / 16 = 256
#define SECTIONS_PER_ROOT       (PAGE_SIZE / sizeof (struct mem_section))

//根据sec number计算属于哪个root，即mem_section二位数组第一维的index
#define SECTION_NR_TO_ROOT(sec)	((sec) / SECTIONS_PER_ROOT)

//2048
#define NR_SECTION_ROOTS	DIV_ROUND_UP(NR_MEM_SECTIONS, SECTIONS_PER_ROOT)
#define SECTION_ROOT_MASK	(SECTIONS_PER_ROOT - 1)

//相当于是[2048][256]的二维数组，每个数组元素是struct mem_section
extern struct mem_section **mem_section;


struct mem_section {
    //为了节省空间，