在讲解内核中用于组织内存的数据结构之前，考虑到术语不总是容易理解，所以先来看看几个概念。我们首先考虑NUMA系统，这样，在UMA系统上介绍这些概念就非常容易了。

下图给出内存划分的图示：

首先，内核划分为结点。每个结点关联到系统中的一个处理器，在内核中表示为pa_data_t的实例（稍后定义该数据结构）。各个结点又划分为内存域，是内存的进一步细分。例如，对可用于（ISA设备的）DMA操作的内存区是有限制的。只有钱16MB适用，还有一个高端内存区无法直接映射，在二者之间是通用的“普通”内存区。内核引入下列常量来枚举系统中的所有内存域：

enum zone_type {
#ifdef CONFIG_ZONE_DMA
	ZONE_DMA,//标记适合DMA的内存域。该区域的长度依赖于处理器的类型。在IA-32计算机上，一般的限制是16MB，这是由古老的ISA设备强加的边界，但更现代的计算机也可能受这一限制的影响
#endif
#ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
	ZONE_DMA32,//标记了使用32位地址字可寻址、适合DMA的内存域。显然只有在64位系统上两种DMA内存域才有差别。在32位系统上本内存域是空的。
#endif
	ZONE_NORMAL,//标记了可直接映射的内核段的普通内存域。这是在所有体系结构上保证都会存在的唯一内存域，但无法保证该地址范围对应了实际的物理内存。例如，如果AMD64系统有2G内存，那么所有内存都属于ZONE_DMA32范围，而ZONE_NORMAL则为空。
#ifdef CONFIG_HIGHMEM
	ZONE_HIGHMEM,//标记了超出内核段的物理内存。
#endif
	ZONE_MOVABLE,//它是一个虚拟内存域，在防止物理内存碎片的机制中需要使用该内存域，我会在后面的文章中讲解。
	MAX_NR_ZONES//充当结束标记。在内核想要迭代系统中所有内存域时，会用到该变量。
};

各个内存域都关联了一个数组，用来阻止属于该内存域的物理内存页（在内核中称之为页帧）。对每个页帧，都分配了一个struct page实例以及所需的管理数据。各个内存结点都保存在一个单链表中，供内核遍历。处于性能考虑，在为进程分配内存时，内核总是试图在当前运行的CPU相关联的NUMA结点上进行。但这并不总是可行的，例如，该结点的内存可能已经用尽。对此情况，每个结点都提供了一个备用列表（借助于struct zonelist）。该列表包含了其他结点（和相关的内存域），可用于代替当前结点分配内存，列表项的位置越靠后，就越不适合分配。在UMA系统上，上图中只有一个pg_data_t结点，其他的都不变。

主要数据结构分析：

struct pg_data_t详细分析：

typedef struct pglist_data {
	struct zone node_zones[MAX_NR_ZONES];//是一个数组，包含了结点中各内存域的数据结构
	struct zonelist node_zonelists[MAX_ZONELISTS];//指点了备用结点及其内存域的列表，以便在当前结点没有可用空间时，在备用结点分配内存
	int nr_zones;//保存结点中不同内存域的数目
#ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
	struct page *node_mem_map;//指向page实例数组的指针，用于描述结点的所有物理内存页，它包含了结点中所有内存域的页。
#endif
	struct bootmem_data *bdata;//在系统启动期间，内存管理子系统初始化之前，内核页需要使用内存（另外，还需要保留部分内存用于初始化内存管理子系统）。为解决这个问题，内核使用了前面文章讲解的自举内存分配器。bdata指向自举内存分配器数据结构的实例。

#ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
	spinlock_t node_size_lock;
#endif
	unsigned long node_start_pfn;//该NUMA结点第一个页帧的逻辑编号。系统中所有的页帧是依次编号的，每个页帧的号码都是全局唯一的（不只是结点内唯一）。
	unsigned long node_present_pages; //结点中页帧的数目
	unsigned long node_spanned_pages;//该结点以页帧为单位计算的长度，包含内存空洞。
	int node_id;//全局结点ID，系统中的NUMA结点都从0开始编号
	wait_queue_head_t kswapd_wait;//交换守护进程的等待队列，在将页帧换出结点时会用到。后面的文章会详细讨论。
	struct task_struct *kswapd;//指向负责该结点的交换守护进程的task_struct。
	int kswapd_max_order;//定义需要释放的区域的长度。
} pg_data_t;

struct zone详细分析：

struct zone {
	/* Fields commonly accessed by the page allocator */
	unsigned long		pages_min, pages_low, pages_high;//如果空闲页多于pages_high，则内存域的状态时理想的；如果空闲页的数目低于pages_low，则内核开始将页换出到硬盘；如果空闲页低于pages_min，那么页回收工作的压力就比较大，因为内核中急需空闲页。
	/*
	 * We don't know if the memory that we're going to allocate will be freeable
	 * or/and it will be released eventually, so to avoid totally wasting several
	 * GB of ram we must reserve some of the lower zone memory (otherwise we risk
	 * to run OOM on the lower zones despite there's tons of freeable ram
	 * on the higher zones). This array is recalculated at runtime if the
	 * sysctl_lowmem_reserve_ratio sysctl changes.
	 */
	unsigned long		lowmem_reserve[MAX_NR_ZONES];//分别为各种内存域指定了若干页，用于一些无论如何都不能失败的关键性内存分配。

#ifdef CONFIG_NUMA
	int node;
	/*
	 * zone reclaim becomes active if more unmapped pages exist.
	 */
	unsigned long		min_unmapped_pages;
	unsigned long		min_slab_pages;
	struct per_cpu_pageset	*pageset[NR_CPUS];
#else
	struct per_cpu_pageset	pageset[NR_CPUS];//这个数组用于实现每个CPU的热/冷页帧列表。内核使用这些列表来保存可用于满足实现的“新鲜”页。但冷热页帧对应的高速缓存状态不同：有些页帧很可能在高速缓存中，因此可以快速访问，故称之为热的；未缓存的页帧与此相对，称之为冷的。
#endif
	/*
	 * free areas of different sizes
	 */
	spinlock_t		lock;
#ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
	/* see spanned/present_pages for more description */
	seqlock_t		span_seqlock;
#end