23 | 物理内存管理（上）：会议室管理员如何分配会议室？
刘超
该思维导图由 AI 生成，仅供参考
前一节，我们讲了如何从项目经理的角度看内存，看到的是虚拟地址空间，这些虚拟的地址，总是要映射到物理的页面。这一节，我们来看，物理的页面是如何管理的。
物理内存的组织方式
前面咱们讲虚拟内存，涉及物理内存的映射的时候，我们总是把内存想象成它是由连续的一页一页的块组成的。我们可以从 0 开始对物理页编号，这样每个物理页都会有个页号。
由于物理地址是连续的，页也是连续的，每个页大小也是一样的。因而对于任何一个地址，只要直接除一下每页的大小，很容易直接算出在哪一页。每个页有一个结构 struct page 表示，这个结构也是放在一个数组里面，这样根据页号，很容易通过下标找到相应的 struct page 结构。
如果是这样，整个物理内存的布局就非常简单、易管理，这就是最经典的平坦内存模型（Flat Memory Model）。
我们讲 x86 的工作模式的时候，讲过 CPU 是通过总线去访问内存的，这就是最经典的内存使用方式。
在这种模式下，CPU 也会有多个，在总线的一侧。所有的内存条组成一大片内存，在总线的另一侧，所有的 CPU 访问内存都要过总线，而且距离都是一样的，这种模式称为 SMP（Symmetric multiprocessing），即对称多处理器。当然，它也有一个显著的缺点，就是总线会成为瓶颈，因为数据都要走它。
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本文深入介绍了物理内存管理的组织方式和节点、区域的概念，以及页的数据结构和分配过程。首先详细解析了物理内存的组织方式，包括平坦内存模型、SMP和NUMA模式，以及非连续内存模型和稀疏内存模型。其次，重点介绍了NUMA方式下的节点结构和区域的定义，以及冷热页的概念。文章还介绍了页的数据结构struct page，包括匿名页和内存映射文件的使用模式，以及slab allocator、slub allocator和slob等小块内存分配器。此外，还详细解析了伙伴系统的页块链表和分配过程，以及相关的代码实现。通过本文，读者可以快速了解物理内存管理的基本概念和组织结构，以及页的数据结构和分配过程的具体实现细节。
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- 有铭还是没理解那个“伙伴系统”为何会命名为伙伴系统，没感觉到有“伙伴”的感觉
作者回复: 一整个会议室，划分为两个1/2，再划分为四个1/4，两个1/4就是伙伴呀
2019-05-20415 
奔跑的码仔老师，对于32bit的系统，如果物理内存大小小于896M，那物理内存区域还有ZONE_HIGHMEM吗？您的第26节课讲到内核处理匿名页的缺页中断处理时，会调用alloc_zeroed_user_highpage_movable去高端内存区域分配物理页，对于32bit系统，物理内存小于896M的情况，这时候伙伴系统去哪里分配物理页呢？对于64bit系统，没有高端内存区域，那上述函数去哪里分配高端内存的物理页呢？作者回复: 小于就没有了。如果小于没有ZONE_HIGHMEM的话，就会退而求其次，在直接映射区分配，如果分配不到，就说明没有内存了。64位就是直接映射区分配。
2019-09-039
江山未一边读一边在脑海构想结构关系图，半天不得要领。看到最后这张图才恍然大悟。艾玛，以后先看最后这张图，少分配一点脑细胞了作者回复: 哈哈，以后先看最后的总结图。
2019-08-014
geraltlaush伙伴系统的意思就是劫富济贫作者回复: 也不是，回收内存的时候，还合并呢
2019-05-224
oldman老师，我这里有一个疑惑，内存的最大连续页是1024个页，也就是4MB的大小，我们知道在一般的应用程序中，数组都是一连串的内存，那我如果要申请一个大于4MB的数组呢，操作系统会怎么样来分配呢，期待老师解惑。作者回复: 这是物理内存呀。应用程序操作的是虚拟内存呀，虚拟内存大了去了。
2019-07-1233
Linuxer每个页块的第一个页的物理地址是该页块大小的整数倍。怎么理解作者回复: 大小为16个页框的块,其起始地址是16*2^12的倍数.
2019-05-2122
注意力$老师，好多数据安装时都建议关闭numa，主要是觉得numa哪里不好呢作者回复: 跨节点速度慢
2020-06-011- 奔跑的码仔您好，之前看过一篇文章讲解Linux内存物理模型，里面说到了三种物理模型:平坦型、非连续型、稀疏性，看完本节后，发现基于zone的buddy系统和上面讲解的几种模型的关系，理不清了。不知道，三种物理模型是不是也是基于zone的伙伴系统呢？
作者回复: 这三种模型的区别是page不是连续的，对于zone没有影响
2019-08-2821 - Linuxer有些应用会要求关闭numa那么这里numanode就为1吗？这时候是所有CPU共用一个pglist?
作者回复: 关闭就smp了
2019-05-211 
饭粒看多几遍终于稍微明白点了作者回复: 厉害
2020-05-23
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