Linux内存管理详解：层次结构与UMA/NUMA架构

本文档是一份关于Linux内存管理的详细笔记，主要针对计算机系统内存层次结构、UMA与NUMA架构、结点与内存域进行深入讲解。首先，作者介绍了存储器层次结构，包括寄存器、高速缓存、主存储器、磁盘缓存等不同级别的存储介质，这些都在操作系统存储管理和设备管理的控制范围内。其中，UMA（一致内存访问）模型假设内存是连续且均匀分配的，而NUMA（非一致内存访问）则考虑到了多处理器系统中处理器间的内存访问速度差异，每个处理器有自己的本地内存，但与其他处理器之间的通信会有所延迟。 在Linux内核中，内存被划分为若干个节点，每个节点关联到一个处理器，pg_data_t是内核中表示这种关系的数据结构。内存进一步被细分为不同的内存域，如在x86架构下，内核虚拟地址空间分为用户空间（0~3G）和内核空间（3~4G）。内核空间又分为三个区域：ZONE_DMA3G（适合直接用于DMA操作的内存），ZONE_NORMAL（可以直接映射到内核地址空间的普通内存），以及ZONE_HIGHMEM（物理内存中超过内核映射范围的部分）。虽然内核地址和物理地址之间只有一个固定的偏移量，但在1G内核空间完全用于线性映射的情况下，物理内存访问范围仍然受限于内核映射的边界。 这个笔记对于理解和优化Linux系统内存管理，特别是对于理解多处理器环境下的内存分配策略，具有很高的参考价值。对于Linux内核开发者、系统管理员和深入研究者来说，这份笔记提供了宝贵的学习资料。