Разработка ядра Linux
вернуться

Лав Роберт
Шрифт:

Зоны

В связи с ограничениями аппаратного обеспечения, ядро не может рассматривать все страницы памяти как идентичные. Некоторые страницы, в связи со значениями их физических адресов памяти, не могут использоваться для некоторых типов задач. Из-за этого ограничения ядро делит физическую память на зоны. Ядро использует зоны, чтобы группировать страницы памяти с аналогичными свойствами. В частности, операционная система Linux должна учитывать следующие недостатки аппаратного обеспечения, связанные с адресацией памяти.

• Некоторые аппаратные устройства могут выполнять прямой доступ к памяти (ПДП, DMA, Direct Memory Access) только в определенную область адресов.

• На некоторых аппаратных платформах для физической адресации доступны большие объемы памяти, чем для виртуальной адресации. Следовательно, часть памяти не может постоянно отображаться в адресное пространство ядра.

В связи с этими ограничениями, в операционной системе Linux выделяют три зоны памяти.

• 

ZONE_DMA
. Содержит страницы, которые совместимы с режимом DMA.

• 

ZONE_NORMAL
. Содержит страницы памяти, которые отображаются в адресные пространства обычным образом.

• 

ZONE_HIGHMEM
. Содержит "верхнюю память", состоящую из страниц, которые не могут постоянно отображаться в адресное пространство ядра.

Эти зоны определяются в заголовочном файле

<linux/mmzone.h>
.

То, как используется разделение памяти на зоны, зависит от аппаратной платформы. Например, для некоторых аппаратных платформ нет проблем с прямым доступом к памяти ни по какому адресу. Для таких платформ зона

ZONE_DMA
является пустой, и для всех типов выделения памяти используется зона
ZONE_NORMAL
.

Как противоположный пример можно привести платформу x86, для которой устройства ISA [61] не могут выполнять операции DMA в полном 32-разрядном пространстве адресов, так как устройства ISA могут обращаться только к первым 16 Мбайт физической памяти. Следовательно, зона

ZONE_DMA
для платформы x86 содержит только страницы памяти с физическими адресами в диапазоне 0-16 Мбайт.

Аналогично используется и зона

ZONE_HIGHMEM
. To, что аппаратная платформа может отображать и чего она не может отображать в адресное пространство ядра, отличается для разных аппаратных платформ. Для платформы x86 зона
ZONE_HIGHMEM
— это вся память, адреса которой лежат выше отметки 896 Мбайт. Для других аппаратных платформ зона
ZONE_HIGHMEM
пуста, так как вся память может непосредственно отображаться. Память, которая содержится в зоне
ZONE_HIGHMEM
, называется верхней памятью [62] (high memory). Вся остальная память в системе называется нижней памятью (low memory).

61

Некоторые некачественные устройства PCI также могут выполнять прямой доступ к памяти только к 24-битовом адресном пространстве. Но эти устройства работают не правильно.

62

Это не имеет ничего общего с верхней памятью в операционной системе DOS.

Зона

ZONE_NORMAL
обычно содержит все, что не попало в две предыдущие зоны памяти. Для аппаратной платформы x86, например, зона
ZONE_NORMAL
содержит всю физическую память от 16 до 896 Мбайт. Для других, более удачных аппаратных платформ,
ZONE_NORMAL
— это вся доступная память. В табл. 11.1 приведен список зон для аппаратной платформы x86.

Таблица 11.1. Зоны памяти для аппаратной платформы x86

Зона Описание Физическая память
ZONE_DMA
 Страницы памяти, совместимые с ПДП < 16 Мбайт
ZONE_NORMAL
 Нормально адресуемые страницы 16 - 896 Мбайт
ZONE_HIGHMEM
 Динамически отображаемые страницы > 896 Мбайт

Операционная система разделяет страницы системной памяти на зоны, чтобы иметь пулы страниц для удовлетворения требований выделения памяти. Например, пул зоны

ZONE_DMA
дает возможность ядру удовлетворить запрос на выделение памяти, которая необходима для операций DMA. Если нужна такая память, ядро может просто выделить необходимое количество страниц из зоны
ZONE_DMA
. Следует обратить внимание, что зоны не связаны с аппаратным обеспечением— это логическое группирование, которое позволяет ядру вести учет страниц; памяти.

Хотя некоторые запросы на выделение памяти могут требовать страницы из определенной зоны, это требование не обязательно может быть жестким. Например, выделение памяти для ПДП требует страницы из зоны

ZONE_DMA
, а для обычного выделения памяти могут подойти страницы как из зоны
ZONE_NORMAL
так и из зоны
ZONE_DMA
. Конечно, для удовлетворения запросов по обычному выделению памяти ядро будет стараться выделять страницы из зоны
ZONE_NORMAL
, чтобы сохранить страницы в зоне
ZONE_DMA
для случая, когда эти страницы действительно нужны, Если же наступает решающий момент (становится недостаточно памяти), то ядро может обратиться к любой доступной и подходящей зоне.

Каждая зона представлена с помощью структуры

struct zone
, которая определена в файле
<linux/mmzone.h>
в следующем виде.

struct zone {

 spinlock_t lock;

 unsigned long free_pages;

 unsigned long pages_min;

 unsigned long pages_low;

 unsigned long pages_high;

 unsigned long protection[MAX_NR_ZONES];