前言
前面我们了解了物理页面，知道物理页面的管理结构struct page的内容。
这里来看看物理内存的分区。
我们知道32位对于4GB，然后这个4GB分成了1GB的内核和3GB的用户。
1G的内核地址空间可访问全部的物理内存地址，3G的用户地址空间访问最大3G的物理内存地址。
因此在内核部分线性映射，肯定是无法实现的。怎么解决呢？
1、内核内存管理区
1GB的内核内存是分为两个部分，一部分是线性映射区域，一部分是高端内存（这里就是上一篇的疑惑点，这就解开了）。
一般0-768MB是线性的，剩下的可以映射到用户的内存区域，以及映射一些device。
线性的区域：ZONE_NORMAL 高端内存区域：ZONE_HGHMEM
这是因为32位只能最大映射到4GB，但是现在都是64位，这完全是够够的，那么64位的时候就不需要这个区域。
同时还有个区域。
DMA操作：ZONE_DMA
这个区域是因为ISA设备就不能在整个32位的地址空间中执行DMA操作，因为ISA设备只能访问物理内存的前16MB，所以在x86体系结构中会有一项ZONE_DMA的管理区域。
但是ARM中没有。
因此对于ARM32你需要了解两个区：
线性的区域：ZONE_NORMAL 高端内存区域：ZONE_HGHMEM
对于ARM64那么很明显就只需要一个区
线性的区域：ZONE_NORMAL
用户内存一年一一对应，因此无需多说，MMU也是如此。内核地址要通过MMU吗？这个问题留着，期待你的答案。我真不知道。
2、内存管理区描述符
对于这个内存管理区，内核也有个数据结构来管理 struct zone。
（这也是C语言面向对象的一种思想）
定义在include/linux/mmzone.h文件中。struct zone数据结构的主要成员如下。
[include/linux/mmzone.h] struct zone { /* 读敏感域 */ unsigned long watermark[NR_WMARK]; long lowmem_reserve[MAX_NR_ZONES]; struct pglist_data *zone_pgdat; struct per_cpu_pageset __percpu *pageset; unsigned long zone_start_pfn; unsigned long managed_pages; unsigned long spanned_pages; unsigned long present_pages; const char *name; /* 写敏感域 */ ZONE_PADDING(_pad1_)struct free_area free_area[MAX_ORDER]; unsigned long flags; spinlock_t lock; ZONE_PADDING(_pad2_)spinlock_t lru_lock; struct lruvec lruvec; /* 内存管理区的统计信息 */ ZONE_PADDING(_pad3_)atomic_long_t vm_stat[NR_VM_ZONE_STAT_ITEMS]; } ____cacheline_internodealigned_in_smp;
首先，struct zone是经常会被访问到的，因此这个数据结构要求以L1 Cache对齐，见____cacheline_internodealigned_in_smp属性。
struct zone总体来说可以分成以下3个部分。读敏感区域。写敏感区域。统计计数。
这里的ZONE_PADDING()是让zone->lock和zone->lru_lock这两个很热门的锁分布在不同的缓存行（cache line）中。
这里采用ZONE_PADDING()让其后面的变量与L1缓存行对齐，以提高该字段的并发访问性能，避免发生缓存伪共享（Cache False Sharing）。
另外，一个内存节点最多也就几个内存管理区，因此内存管理区数据结构不需要像struct page一样对数据结构的大小特别敏感，这里可以为了性能而浪费空间。
在内存管理开发过程中，内核开发者逐步发现有一些自旋锁竞争得非常厉害，很难获取。像 zone->lock 和zone->lru_lock 这两个锁有时需要同时获取，会导致比较严重的高速缓存伪共享问题，保证它们使用不同的缓存行是内核常用的一种优化技巧。
watermark：每个内存管理区在系统启动时会计算出 3 个水位值，分别是WMARK_MIN、WMARK_LOW 和 WMARK_HIGH 水位，这在页面分配器和kswapd页面回收中会用到。
lowmem_reserve：内存管理区中预留的内存。
zone_pgdat：指向内存节点。
pageset：用于维护Per-CPU上的一系列页面，以减少自旋锁的争用。
zone_start_pfn：内存管理区中开始页面的页帧号。
managed_pages：内存管理区中被伙伴系统管理的页面数量。
spanned_pages：内存管理区包含的页面数量。
present_pages：内存管理区里实际管理的页面数量。对一些体系结构来说，其值和spanned_pages相等。
free_area：管理空闲区域的数组，包含管理链表等。
lock：并行访问时用于对内存管理区保护的自旋锁。注意该锁是保护
struct zone数据结构本身，而不是内存管理区所描述的内存地址空间。
lru_lock：用于对内存管理区中LRU链表并发访问时进行保护的自旋锁。
lruvec：LRU链表集合。
vm_stat：内存管理区计数。
对于这个部分，参数要等你使用的时候再加深映像。关于ZONE_PADDING()和缓存行那些，我也暂时讲不清楚，等我改天学习一下，写个内存管理番外篇。
3、辅助操作函数
Linux 内核提供了几个常用的内存管理区的辅助操作函数，它们定义在include/linux/mmzone.h文件中。
#define for_each_zone(zone) \ for (zone = (first_online_pgdat())->node_zones; \ zone; \ zone = next_zone(zone)) static inline int is_highmem(struct zone *zone); #define zone_idx(zone) ((zone) - (zone)->zone_pgdat->node_zones)
其中，for_each_zone()用来遍历系统中所有的内存管理区；
（这点代码有点奇怪）
is_highmem()函数用来检测内存管理区是否属于ZONE_HIGHMEM；
zone_idx()宏用来返回当前zone所在的内存节点的编号。
说明这个zone挺多的，内存中就是以这个位更粗的粒度去管理。
4、小结
上一章知道了物理页面，这一章紧接着学习了内存管理区，其实内存管理区是更大的概念。后面对于这个zone，也整个番外篇，好好聊聊内存管理中的zone到底是什么？
这里简单说一下，页相对于是要具体点，zone就是根据内存是不同功能或者权限什么的，把内存分成了不同的zone，然后进行统一管理。是体现在对内存的管控，页是对内存的分配。当然zone也是分配，是根据功能等进行分配的。
5、待解问题
内核地址映射需要MMU吗？
下一章就来聊聊对于物理页面的释放和分配，少爷先休息会。
参考资料：
《奔跑吧 Linux内核》
