1.请简述内存架构中UMA和NUMA的区别。

• UMA架构：内存有统一的结构并且可以统一寻址。目前大部分嵌入式系统、手机系统以及台式机操作系统等采用UMA架构。如下图，该系统使用UMA架构，有4个CPU，它们都有L1高速缓存，其中CPU0和CPU1组成一个簇（Cluster0），它们共享一个L2高速缓存。另外，CPU2和CPU3组成另外一个簇（Cluster1），它们共享另外一个L2高速缓存。4个CPU都共享同一个L3的高速缓存。最重要的一点，它们可以通过系统总线来访问物理内存DDR。
  

• NUMA架构：系统中有多个内存节点和多个CPU簇，CPU访问本地内存节点的速度最快，访问远端的内存节点的速度要慢一点。如下图，该系统使用NUMA架构，有两个内存节点，其中CPU0和CPU1组成一个节点（Node0），它们可以通过系统总线访问本地DDR物理内存，同理，CPU2和CPU3组成另外一个节点（Node1），它们也可以通过系统总线访问本地的DDR物理内存。如果两个节点通过超路径互连（Ulra Path Interconnect，UPI）总线连接，那么CPU0可以通过这个内部总线访问远端的内存节点的物理内存，但是访问速度要比访问本地物理内存慢很多。

2.CPU访问各级存储结构的速度是否一样?

• 一般来说，CPU访问各级内存的速度是不一样的。CPU访问各级内存设备的延时如下表：

3.请绘制内存管理常用的数据结构的关系图。如mm_struct、VMA、vaddr、page、 PEN、PTE、zone、paddr和pg_data等，并思考如下转换关系。

3.1 如何由mm_struct和vaddr找到对应的VMA?

3.2 如何由page 和VMA 找到 vaddr?

3.3 如何由page找到所有映射的VMA?

3.4 如何由VMA和vaddr找出相应的page数据结构?

3.5 page和PFN之间如何互换?

3.6 PFN和paddr之间如何互换?

3.7 page和PTE之间如何互换?

3.8 zone和page之间如何互换?

3.9 zone和pgdata之间如何互换?

4.在ARM64内核中，内核映像文件映射到内核空间的什么地方?

• 内核映像文件，映射到内核的线性映射区，并通过smp_cpus_done()->mark_liner_text_alias_ro()函数将该区域设为只读。

5.在ARM64内核中，内核空间和用户空间是如何划分的?

• ARM32内核系统中一个能使用的虚拟空间是4GB，用户空间和内核空间的划分通常按3:1来划分。
• ARM64内核系统中才用48位物理寻址机制，最多可以寻址256TB。用户空间：0x0000_0000_0000_0000 ~ 0x0000_FFFF_FFFF_FFFF。内核空间：0xFFFF_0000_0000_0000 ~ 0xFFFF_FFFF_FFFF_FFFF。

6.在系统启动时，ARM64 Linux内核如何知道系统有多大的物理内存?

• 可以通过观察启动时的log如：

[    0.000000] On node 0 totalpages: 129920
[    0.000000]   Normal zone: 1024 pages used for memmap
[    0.000000]   Normal zone: 0 pages reserved
[    0.000000]   Normal zone: 129920 pages, LIFO batch:63
1
2
3
4

• 从log可以看出我们只有一个内存节点node 0，物理页面总数是129920，每个页面大小是4KB，因此总物理内存129920*4/1024=507.5MB。

7.物理内存页面如何添加到伙伴系统中，是一页一页添加，还是以2^n来添加呢?

• 伙伴系统按照内存块的大小（即2^n）来添加到不同链表中，其中能容纳单个内存块的最大值为2 ^ 10个物理页面，即1024（0x400）个物理页面。假设页帧号start起始地址为0x8800e，end=0xaecea。则__free_pages_memory将创建如下空间物理块：

__free_pages_memory:start=0x8800e, order=1, __ffs()=1, ffs()=2
__free_pages_memory:start=0x88010, order=4, __ffs()=4, ffs()=5
__free_pages_memory:start=0x88020, order=5, __ffs()=5, ffs()=6
__free_pages_memory:start=0x88040, order=6, __ffs()=6, ffs()=7
__free_pages_memory:start=0x88080, order=7, __ffs()=7, ffs()=8
__free_pages_memory:start=0x88100, order=8, __ffs()=8, ffs()=9
__free_pages_memory:start=0x88200, order=9, __ffs()=9, ffs()=10
__free_pages_memory:start=0x88400, order=10, __ffs()=10, ffs()=11
__free_pages_memory:start=0x88800, order=10, __ffs()=10, ffs()=11
__free_pages_memory:start=0x88400, order=10, __ffs()=10, ffs()=11
.......
__free_pages_memory:start=0xaec00, order=10, __ffs()=10, ffs()=11
__free_pages_memory:start=0xaec80, order=7, __ffs()=7, ffs()=8
__free_pages_memory:start=0xaecc0, order=6, __ffs()=6, ffs()=7
__free_pages_memory:start=0xaece0, order=5, __ffs()=5, ffs()=6
__free_pages_memory:start=0xaece8, order=3, __ffs()=3, ffs()=4
__free_pages_memory:start=0xaece9, order=1, __ffs()=1, ffs()=2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17

• order=0——>有0个4KB内存块。
• order=1——>有2个8KB内存块。
• order=2——>有0个16KB内存块。
• order=3——>有1个32KB内存块。
• order=4——>有1个64KB内存块。
• order=5——>有2个128KB内存块。
• order=6——>有2个256KB内存块。
• order=7——>有7个512KB内存块。
• order=8——>有1个1MB内存块。
• order=9——>有1个2MB内存块。
• order=10——>有154个4MB内存块。