# Day 19 Physical Memory Model (Summary)

一样先来个简单的总结吧！
这份文件 Physical Memory Model 是在描述 Linux kernel 是怎麽样管理实体记忆体的。
Linux kernel 中有两种记忆体模型，这篇文件介绍了两种记忆体模型是如何管理实体记忆体的，
并且简单描述了这两种模型应该使用和实作的 API：

• FLATMEM model：适用於非 NUMA 架构，且实体记忆体区段几乎都是连续的记忆体架构上，Linux 最一开始所使用的记忆体模型。
  • 优点：直觉、pfn (page frame number) 和 struct page 之间的转换简单
  • 缺点：若实体记忆体上有"孔洞"，那麽将会浪费很多记忆体(struct page 物件)来储存这些孔洞
• SPARSEMEM model：通用的记忆体模型，是想要取代 DISCONTIGMEM 这个记忆体模型
  • 优点：能够支援记忆体的热插拔、热移除(hot remove)，且能有效减少纪录记忆体"孔洞"所使用的记忆体
  • 缺点：pfn 转换到 struct page 较为复杂，所以後来有引入了一些优化的机制

最後讲述到了 ZONE_DEVICE，一个搭建於 SPARSEMEM_VMEMMAP 的设施，
让驱动程序所使用的实体记忆体区块也能使用 mem_map 相关操作。

PF (Page Frame) & PFN (Page Frame Number)

实体记忆体在 Linux 的管理下，是被分为一个一个 PAGE_SIZE 大小的区块 (实际PAGE_SIZE值和架构有关)，而这一块 PAGE_SIZE 大小的区块就被称为 page frame，是实体记忆体的最小管理单位，每一个 page frame 会由一个 struct page 的物件所纪录(纪录它的使用状况)；
page frame number 就是 page frame 的编号，PA 位址 addr 的 PFN 就是 addr >> PAGE_SIZE。

NUMA (Non-Uniform Memory Access)

这是指一种多处理器的记忆体架构，记忆体存取的速度是和记忆体与处理器的距离有关系的，处理器对不同位置的记忆体有不同的存取速度，所以称为 "Non-Uniform"

FLATMEM -> DISCONTIGMEM -> SPARSEMEM

这是一个实体记忆体管理模型的演进，最早出现的是 FLATMEM，直觉式的实作方式，把实体记忆体用 struct page 物件阵列来做纪录，struct page 和 pfn 之间的关系简单，转换也很容易；
DISCONTIGMEM 则是为了更有效率的管理不连续的实体记忆体系统，以及较好的支援 NUMA 系统而被创造出来，引进了 memory node 的概念，来符合 NUMA 架构下，每个 node 有自己独立的记忆体管理子系统；
最後 SPARSEMEM 则是因为 DISCONTIGMEM 对於 memory hotplug 和 memory hot remove 的支援性太差(NUME node 的 granularity 对於 hot plug 或是 hot remove 都太大了(coarse))，所以被实作出来，做为一个更通用并且支援 hot plug、hot remove 用来取代 DISCONTIGMEM。
DISCONTIGMEM 在 5.13 版的 kernel 都还看的到它的踪迹，而在 5.14 之後看起来就被 SPARSEMEM 所彻底取代了。

後记

今天简单记录到这，感谢各位观看！
明天也许来研究一下，这些 memory model 在 RISC-V 下的实作，顺便看看 kernel 是如何取的 dtb 中的 memory 资讯以及传递下来来做这些实体记忆体管理的；
我们明天见！

参考资料

• LWN：Memory: the flat, the discontiguous, and the sparse
• Linux内存管理：SPARSEMEM模型
• 寻找页结构体的位置
• Linux内存模型

延伸阅读

• Kernel Doc：Memory Hotplug
• RISC-V: Implement sparsemem
• （五）Linux内存管理zone_sizes_init