前言
关于物理内存，物理，那肯定是事物，实实在在的东西。对于这种实在的，就需要进行管理，而管理肯定是软件来管理。
对于物理内存怎么管理？
涉及到的无非就是怎么分配内存、怎么回收整理内存、怎么样提高分配效率、怎么减少浪费？
带着这几个想法，我们往下瞅瞅。
首先来看看物理页面是什么？
1、物理页面
前面我们对页这个机制有了映像，这里的物理页面就是对物理内存以页面的分配机制。现在我们都知道处理器是有个MMU硬件模块，会将虚拟内存映射到物理内存，映射的单位就是页。虚拟内存页，到物理内存页。
页面的大小常见的有4KB，但是还有8、16、64KB等。
管理内存的最小单元就是页，对于这个页面的管理，在linux中有个struct_page数据结构来描述物理页面。
来看看结构，这里将复杂的联合体暂时隐藏了。
struct page { unsigned long flags; atomic_t _count; atomic_t _mapcount; unsigned long private; struct address_space *mapping; pgoff_t index; struct list_head lru; void *virtual; }
下面来看看这些标志位代表什么？
1.1、标志 flags
flags成员是页面的标志位集合。具体定义在include/linux/page-flags.h文件中。
0 enum pageflags { 1 PG_locked, /* 页面已经上锁，不要访问 */ 2 PG_error, /*表示页面发生了I/O错误*/ 3 PG_referenced, /*该标志位用来实现LRU算法中的第二次机会法，详见7.6节*/ 4 PG_uptodate, /*表示页面内容是有效的，当该页面上的读操作完成后，设置该标志位*/ 5 PG_dirty, /*表示页面内容被修改过，为脏页*/ 6 PG_lru, /*表示该页在LRU链表中*/ 7 PG_active, /*表示该页在活跃LRU链表中*/ 8 PG_slab, /*表示该页属于由slab分配器创建的slab*/ 9 PG_owner_priv_1, /* 页面的所有者使用，如果是pagecache页面，文件系统可能使用*/ 10 PG_arch_1, /*与体系结构相关的页面状态位*/ 11 PG_reserved, /*表示该页不可被换出*/ 12 PG_private,/* 表示该页是有效的，当page->private包含有效值时会设置该标志位。如果页面是pagecache，那么包含一些文件系统相关的数据信息*/ 13 PG_private_2, /* 如果是pagecache, 可能包含fs aux data */ 14 PG_writeback, /* 页面正在回写 */ 15 PG_compound, /* 一个混合页面*/ 16 PG_swapcache, /* 这是交换页面 */ 17 PG_mappedtodisk, /* 在磁盘中分配了blocks */ 18 PG_reclaim, /* 马上要被回收了 */ 19 PG_swapbacked, /* 页面支持RAM/swap */ 20 PG_unevictable, /* 页面是不可收回的*/ 21#ifdef CONFIG_MMU 22 PG_mlocked, /* vma处于mlocked状态 */ 23#endif 24 __NR_PAGEFLAGS, 25};
这个里面全是标志位，等到用到的时候知道在这里就行。
你是不是以为flags里面只有标志，非也非也。flags另外一个重要作用是可以存放section编号、node编号、zone编号、last_cpuid等。但是关于flags具体到底放的什么？这与内核的配置有关系，
例如 SECTION 编号和 NODE 编号与CONFIG_SPARSEMEM/CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP配置相关，LAST_CPUPID与CONFIG_NUMA_BALA NCING配置相关。（这里可以看看之前我写的linux内核学习makefile和.config文件）
1.2、 _count和_mapcount 引用计数
_count：表示内核中有多少操作引用这个页面
当引用计数为0说明页面为空闲，那就说明这页面可以被释放了。 内核中常用的加减_count 引用计数的API 为 get_page()、put_page()、page_cache_get()以及page_cache_release()函数。
_mapcount：表示页面被进程映射的次数，用户页表（pte页表），进程每个是独立的虚拟内存（3G的虚拟空间和独立页表），这就可能存在多个进程都访问一片物理页面。
_mapcount等于−1，表示没有pte映射到页面中。
_mapcount 等于 0，表示只有父进程映射了页面。匿名页面刚分配时，_mapcount引用计数初始化为0。
RMAP反向映射机制就是利用这个特性来实现的。_mapcount引用计数主要用于RMAP反向映射机制中。（通过反向看看这个物理页面还有人用吗？）RMAP就是看这个的值。
对于这两个计数值，很多内核的操作都需要这两个值，比如页面分配机制、反向映射机制、页面回收机制等，因此它是管理物理页面的核心机制。
_count和_mapcount都是atomic_t类型的变量
当需要获得_count和_mapcount的计数值，就采用内核提供的两个宏来统计某个页面的_count和_mapcount的计数。
static inline int page_mapcount(struct page *page) static inline int page_count(struct page *page)
1.3、mapping字段
用于文件缓存（page cache） ：mapping指向和相关联的address_space对象
- address_space ：内存对象（比如索引节点）的页面集合
用于匿名页面（anonymous page）：mapping指向anon_vma数据结构。
- anon_vma数据结构
1.4、lru字段
lru字段主要用在页面回收的LRU链表算法中。
LRU链表算法定义了多个链表，比如活跃链表（Active list）和非活跃链表（Inactive list）等。
在slab机制中，该字段也被用来把一个slab添加到slab满链表、slab空闲链表和slab部分满链表中。
利用这个字段将页面挂接不同链表上？
1.5、virtual字段
这个一看就知道是和虚拟内存有关系，这个是物理页面映射的虚拟内存的地址指针。
当需要动态映射这些高端内存时，字段的值才不位NULL。
当不是高端地址，我们知道物理地址和虚拟地址存在一段线性区，这里这个值就为NULL
因此可以通过这个字段判断这个页面是否是线性映射过来的。
(对于高端任然有丢丢迷惑：1GB内除了768MB的线性区，剩下到1GB的空间叫高端，还是1GB-3GB叫高端，还是两者加起来都是，这里感觉应该是后两者都合适，最后一点更符合。)
2、小结
通过上面的位我们可以得到：
得到页面状态
是否空闲页面
有多少进程在使用
谁在使用页面
页面是否被slab机制使用
这个页面是否是线性映射
我们知道很多页面的属性，但是就页面本身还是没有涉及到。
这是因为内核是给每一个页面分配了一个struct page数据结构，采用mem_map[]数组来存放，其和物理页面是一一对应。因此就不需要再在结构体里用额外的数据描述页面物理地址。(看到这个map就有一对一的感觉了撒)
struct page数据结构的mem_map[]数组定义在 mm/memory.c文件中，
它的初始化在free_area_init_node()->alloc_node_mem_map()函数中。
struct page *mem_map; EXPORT_SYMBOL(mem_map);
每个物理页面都对应一个struct page数据结构，因此内核社区对于struct page数据结构的大小管控相当严格。
struct page 数据结构大小通常是几十字节，而一个物理页面是 4096字节，假设struct page数据结构占用40字节，那么就相当于要浪费百分之一的内存来存放这些struct page数据结构。
因此，如果在struct page数据结构新增一个变量或者指针，那么系统相当于需要额外千分之一的内存来存放这个新增的指针。假设系统是10GB内存，就要浪费10MB的内存，这种情况挺可怕的。
以上就是物理内存页，下一篇来讲讲物理内存的管理，小少爷辛苦了，休息一下吧。
参考资料：
《奔跑吧 Linux内核》
