Linux内核struct page结构体存储位置及union字段作用咨询

1. struct page结构体的存储位置 #

Linux内核里每个物理页都对应一个struct page，这些结构体的集合被称为memmap（内存映射表），它们存储在内核专属的内存区域里，具体分两种情况：

• 对于可以被内核直接永久映射的低内存区域（LOWMEM）：memmap直接位于内核的直接映射地址空间中，内核能直接访问这些struct page；
• 对于高端内存（HIGHMEM，无法被内核永久直接映射的内存）：memmap依然存放在低内存的内核地址空间里——因为高端内存本身不能被内核随时访问，管理它的struct page必须放在内核能直接拿到的地方。

这些memmap是系统启动初期就分配好的，通常用bootmem或者早期的buddy系统预留空间，而且这个区域属于内核私有内存，用户空间完全无法直接访问。

2. struct page中union字段的作用 #

这个union字段的核心作用是内存空间复用，本质是为了节省内核内存——毕竟系统里有多少物理页就有多少struct page，哪怕每个结构体少占几个字节，整体节省的内存量都很可观。

因为一个物理页在同一时刻只会扮演一种角色：要么是页缓存/匿名页、要么是网络栈用的page_pool页、要么是slab分配器的slab页、要么是复合页的尾页、要么是页表页、要么是ZONE_DEVICE设备页。union正好让这些不同角色需要的字段共用同一块内存空间：

• 当页作为页缓存或匿名页时，会使用union里的lru、mapping、index等字段；
• 当页被slab分配器管理时，就切换到使用slab_list、slab_cache、freelist这些字段；
• 要是页是复合页的尾页，就用compound_head、compound_order这些字段。

这种设计既保证了不同场景下都有足够的字段管理页，又不会因为给每个页预留所有场景的字段而浪费大量内存。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者H.Potter