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Linux struct page 的双字对齐设计思想
1.双字对齐（8字节对齐）：
确保struct page的大小是sizeof(long)的整数倍（通常8字节），便于CPU高效访问。
减少内存碎片，提高缓存行（Cache Line）利用率。
2.联合体（union）复用字段：
不同场景（如匿名页、文件页、Slab页等）共用同一存储空间。
例如：mapping字段既可能指向address_space（文件页），也可能指向匿名页的anon_vma。
3.标志位压缩：
使用flags的高位存储页状态（如PG_locked、PG_dirty），低位存储区信息（如zone_id）。
4.引用计数与映射计数分离：
_refcount记录物理页的引用数，_mapcount记录页表映射数。
类似结构体设计示例
以下是一个模仿struct page设计的简化结构体，用于管理自定义内存对象（如用户态内存池的块）：
#include <linux/types.h>
#include <linux/mm_types.h>
struct my_mem_chunk {
// --- 双字1: 标志和状态 ---
unsigned long flags; // 状态标志（对齐到8字节）
// --- 双字2: 联合体复用字段 ---
union {
struct list_head lru; // LRU链表（用于缓存）
struct {
void *virtual; // 虚拟地址（内核映射用）
atomic_t _refcount; // 引用计数
};
struct {
unsigned long private; // 私有数据（如所有者ID）
struct address_space *mapping; // 关联的地址空间
};
};
// --- 双字3: 类型相关数据 ---
union {
unsigned long _mapcount; // 映射计数（类似page_mapcount）
void *freelist; // 空闲链表（Slab用）
struct {
unsigned int obj_size; // 对象大小
unsigned int obj_type; // 对象类型
};
};
// --- 双字4: 预留扩展 ---
u64 extended[1]; // 保留未来扩展
} __attribute__((aligned(8))); // 强制8字节对齐
关键设计点解析
1.双字对齐强制：
使用__attribute__((aligned(8)))确保结构体起始地址和大小均为8字节对齐。
2.联合体复用：
字段复用：lru链表、虚拟地址virtual和mapping共享同一存储空间。
场景区分：
缓存管理场景：使用lru链表。
内核映射场景：使用virtual和_refcount。
文件关联场景：使用mapping和private。
3.标志位设计（flags）：
模仿Linux的page-flags.h，可通过位掩码定义状态：
#define MY_CHUNK_LOCKED 0x00000001 // 块已锁定
#define MY_CHUNK_DIRTY 0x00000002 // 块已修改
#define MY_CHUNK_TYPE_MASK 0x0000000C // 类型掩码（2位）
4.引用计数与映射计数：
_refcount：原子操作确保线程安全。
_mapcount：记录块被映射的次数（如共享内存）。
使用场景示例
场景1：用户态内存池分配
struct my_mem_chunk *chunk = alloc_chunk();
chunk->flags |= MY_CHUNK_LOCKED;
chunk->virtual = user_vaddr;
atomic_set(&chunk->_refcount, 1);
场景2：文件缓存
struct my_mem_chunk *chunk = get_cached_chunk();
chunk->mapping = file->f_mapping;
chunk->private = (unsigned long)file;
场景3：Slab分配器
struct my_mem_chunk *chunk = slab_alloc();
chunk->freelist = next_free_obj;
chunk->obj_size = size;
性能优化点
1.缓存行友好：
将高频访问字段（如flags、_refcount）放在结构体头部。
2.原子操作优化：
_refcount使用atomic_t避免锁竞争。
3.内存压缩：
通过联合体将结构体大小控制在32字节（4个双字），接近Linux的struct page（通常40字节）。
对比Linux的struct page
特性 Linux struct page 本设计 my_mem_chunk
对齐方式 8字节对齐 显式8字节对齐
核心字段 flags, mapping, _refcount flags, 联合体, _refcount
多场景支持 匿名页、文件页、Slab等 内存池、缓存、Slab等
大小 40字节（典型） 32字节（可扩展）
通过这种设计，既能复用Linux内存管理的核心思想，又能根据实际需求灵活调整字段，适用于高密度内存管理的场景。