Linux struct page 的雙字對齊設計思想
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1.雙字對齊（8字節對齊）：
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?確保struct page的大小是sizeof(long)的整數倍（通常8字節），便于CPU高效訪問。
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?減少內存碎片，提高緩存行（Cache Line）利用率。
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2.聯合體（union）復用字段：
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?不同場景（如匿名頁、文件頁、Slab頁等）共用同一存儲空間。
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?例如：mapping字段既可能指向address_space（文件頁），也可能指向匿名頁的anon_vma。
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3.標志位壓縮：
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?使用flags的高位存儲頁狀態（如PG_locked、PG_dirty），低位存儲區信息（如zone_id）。
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4.引用計數與映射計數分離：
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?_refcount記錄物理頁的引用數，_mapcount記錄頁表映射數。
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類似結構體設計示例
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以下是一個模仿struct page設計的簡化結構體，用于管理自定義內存對象（如用戶態內存池的塊）：
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#include <linux/types.h>
#include <linux/mm_types.h>
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struct my_mem_chunk {
? ? // --- 雙字1: 標志和狀態 ---
? ? unsigned long flags; // 狀態標志（對齊到8字節）
? ??
? ? // --- 雙字2: 聯合體復用字段 ---
? ? union {
? ? ? ? struct list_head lru; // LRU鏈表（用于緩存）
? ? ? ? struct {
? ? ? ? ? ? void *virtual; // 虛擬地址（內核映射用）
? ? ? ? ? ? atomic_t _refcount; // 引用計數
? ? ? ? };
? ? ? ? struct {
? ? ? ? ? ? unsigned long private; // 私有數據（如所有者ID）
? ? ? ? ? ? struct address_space *mapping; // 關聯的地址空間
? ? ? ? };
? ? };
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? ? // --- 雙字3: 類型相關數據 ---
? ? union {
? ? ? ? unsigned long _mapcount; // 映射計數（類似page_mapcount）
? ? ? ? void *freelist; // 空閑鏈表（Slab用）
? ? ? ? struct {
? ? ? ? ? ? unsigned int obj_size; // 對象大小
? ? ? ? ? ? unsigned int obj_type; // 對象類型
? ? ? ? };
? ? };
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? ? // --- 雙字4: 預留擴展 ---
? ? u64 extended[1]; // 保留未來擴展
} __attribute__((aligned(8))); // 強制8字節對齊
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關鍵設計點解析
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1.雙字對齊強制：
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?使用__attribute__((aligned(8)))確保結構體起始地址和大小均為8字節對齊。
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2.聯合體復用：
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?字段復用：lru鏈表、虛擬地址virtual和mapping共享同一存儲空間。
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?場景區分：
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? 緩存管理場景：使用lru鏈表。
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? 內核映射場景：使用virtual和_refcount。
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? 文件關聯場景：使用mapping和private。
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3.標志位設計（flags）：
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?模仿Linux的page-flags.h，可通過位掩碼定義狀態：
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?#define MY_CHUNK_LOCKED 0x00000001 // 塊已鎖定
?#define MY_CHUNK_DIRTY 0x00000002 // 塊已修改
?#define MY_CHUNK_TYPE_MASK 0x0000000C // 類型掩碼（2位）
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4.引用計數與映射計數：
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?_refcount：原子操作確保線程安全。
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?_mapcount：記錄塊被映射的次數（如共享內存）。?
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使用場景示例
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場景1：用戶態內存池分配?
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struct my_mem_chunk *chunk = alloc_chunk();
chunk->flags |= MY_CHUNK_LOCKED;
chunk->virtual = user_vaddr;
atomic_set(&chunk->_refcount, 1);
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場景2：文件緩存
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struct my_mem_chunk *chunk = get_cached_chunk();
chunk->mapping = file->f_mapping;
chunk->private = (unsigned long)file;
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場景3：Slab分配器
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struct my_mem_chunk *chunk = slab_alloc();
chunk->freelist = next_free_obj;
chunk->obj_size = size;
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性能優化點
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1.緩存行友好：
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?將高頻訪問字段（如flags、_refcount）放在結構體頭部。
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2.原子操作優化：
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?_refcount使用atomic_t避免鎖競爭。
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3.內存壓縮：
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?通過聯合體將結構體大小控制在32字節（4個雙字），接近Linux的struct page（通常40字節）。
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對比Linux的struct page
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特性 Linux struct page 本設計 my_mem_chunk
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對齊方式 8字節對齊 顯式8字節對齊
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核心字段 flags, mapping, _refcount flags, 聯合體, _refcount
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多場景支持 匿名頁、文件頁、Slab等 內存池、緩存、Slab等
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大小 40字節（典型） 32字節（可擴展）?
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通過這種設計，既能復用Linux內存管理的核心思想，又能根據實際需求靈活調整字段，適用于高密度內存管理的場景。?
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