全局节点状态数组和几个与分配相关的全局变量。它们是内核内存管理初始化阶段的基础设施。逐块拆解。

一、node_states[NR_NODE_STATES]—— 节点状态数组

nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = { [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL, [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } }, #ifndef CONFIG_NUMA [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } }, #ifdef CONFIG_HIGHMEM [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } }, #endif [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } }, [N_CPU] = { { [0] = 1UL } }, #endif /* NUMA */ }; EXPORT_SYMBOL(node_states);

1. 类型：nodemask_t

• nodemask_t是节点位图，每个 bit 对应一个 NUMA 节点。

• 类似于cpumask_t之于 CPU，nodemask_t描述"哪些节点属于某个集合"。

• 通常定义为struct { DECLARE_BITMAP(bits, MAX_NUMNODES); }。

2. 数组维度：NR_NODE_STATES

node_states[]是按"状态"索引的数组，每个元素是一个节点位图，表示"处于该状态的节点集合"。

NR_NODE_STATES是状态总数，状态枚举通常包括：

（具体枚举在include/linux/nodemask.h。）

3. 初始化值

[N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,

• NODE_MASK_ALL：所有位都置 1，表示"所有可能的节点都可能存在"。

• 这是最宽松的初始假设，后续启动过程中根据实际探测收紧（例如node_set_online()、node_set_state()）。

[N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },

• 只把节点 0置位（[0] = 1UL表示位图第一个unsigned long的第 0 位为 1）。

• 即"初始只有节点 0 在线"。

• 后续启动时，内核探测到其他节点再逐个node_set_online()。

4.#ifndef CONFIG_NUMA分支——非 NUMA 系统的简化

在非 NUMA（单节点）系统上，这些状态都指向节点 0：

[N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } }, #ifdef CONFIG_HIGHMEM [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } }, #endif [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } }, [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },

• 非 NUMA 下只有一个节点（node 0），所以"有普通内存"、"有高端内存"、"有内存"、"有 CPU"都指 node 0。

• CONFIG_HIGHMEM只在某些 32 位架构（如 x86_32）存在，所以N_HIGH_MEMORY有条件编译。

• NUMA 系统下这些状态不在这里初始化，而是在启动时根据实际拓扑用node_set_state()动态设置。

5.__read_mostly

• 告诉内核：这个变量读多写少，应放在.data..read_mostly段。

• 好处：与经常写的变量分开，减少 cache line 伪共享，提高读性能。

• 节点状态确实如此：启动时设置，运行期几乎只读。

6.EXPORT_SYMBOL(node_states)

• 导出给模块，模块可以用node_state(node, state)等宏查询。

7. 典型使用

/* 遍历所有在线节点 */ for_each_node_state(n, N_ONLINE) { ... } /* 遍历有内存的节点 */ for_each_node_state(n, N_MEMORY) { ... } /* 查询某节点是否有 CPU */ if (node_state(n, N_CPU)) { ... }

分配器（如__alloc_pages）选择节点、zone 时会用到这些状态。

二、gfp_allowed_mask—— 全局 GFP 允许掩码

gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;

1. 作用

• 一个全局的 GFP 标志掩码，用于在启动阶段限制哪些 GFP 标志可用。

• 分配时实际使用的标志会被gfp_allowed_mask按位与：

  gfp &= gfp_allowed_mask;

  或类似逻辑，确保不会使用当前阶段还不允许的标志。

2. 为什么需要它？

• 启动早期，很多子系统还没初始化好：

  • 不能睡眠（调度器/中断未就绪）；

  • 不能做内存回收（kswapd/vmscan 未就绪）；

  • 不能做直接回收、规整、OOM 等。

• GFP_BOOT_MASK就是启动阶段允许的标志集合，去掉那些依赖未就绪子系统的标志（如__GFP_DIRECT_RECLAIM、__GFP_KSWAPD_RECLAIM、__GFP_NOFAIL等）。

• 随着初始化推进，通过set_gfp_allowed_mask()逐步放宽，最终变成GFP_KERNEL等完整标志。

3. 典型流程

/* 启动早期 */ gfp_allowed_mask = GFP_BOOT_MASK; /* 某个初始化节点后放宽 */ set_gfp_allowed_mask(__GFP_DIRECT_RECLAIM | __GFP_KSWAPD_RECLAIM | ...);

• __read_mostly：启动后基本只读。

• 全局单一变量，非 per-CPU。

三、pageblock_order—— 可变页块阶数

#ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE unsigned int pageblock_order __read_mostly; #endif

1. 什么是 pageblock？

• pageblock是伙伴系统之上、用于反碎片（anti-fragmentation）的页块粒度。

• 页块的迁移类型（migratetype）按 pageblock 设置（set_pageblock_migratetype()）。

• 内存规整（compaction）、CMA 等也以 pageblock 为单位。

2.pageblock_order的含义

• 表示一个 pageblock 是2^pageblock_order 个页。

• 默认（!CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE）通常是编译期常量：

  #define pageblock_order min(HUGETLB_PAGE_ORDER, MAX_ORDER - 1)

  即取"大页阶数"和"伙伴系统最大阶减一"的较小值，保证 pageblock 至少能容纳一个大页。

3.CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE

• 某些架构（如PPC64）支持多种大页尺寸，大页的阶数在运行时才知道（取决于实际配置/硬件）。

• 这时pageblock_order不能是编译期常量，必须是一个运行期变量，在启动时根据实际大页尺寸设定。

• 所以该配置开启时，pageblock_order被定义为unsigned int __read_mostly，而非宏。

4.__read_mostly

• 启动时确定，运行期只读。

• 与node_states、gfp_allowed_mask一样，放在 read-mostly 段。

5. 典型使用

/* 一个 pageblock 的页数 */ 1UL << pageblock_order /* 计算 PFN 所属 pageblock 的起始 PFN */ pfn & ~((1UL << pageblock_order) - 1) /* 判断是否对齐到 pageblock */ IS_ALIGNED(pfn, 1 << pageblock_order)

四、三个变量的共性

共同点：

• 都是全局、启动时确定、运行期几乎只读；

• 都用__read_mostly（node_states显式标注，另两个也是）；

• 都服务于分配器的初始化与约束。

五、小结

一句话总结

node_states以位图数组形式记录各状态下（可能/在线/有内存/有 CPU）的 NUMA 节点集合，初始只让节点 0 在线、其余按启动探测填充；gfp_allowed_mask在启动早期限制可用 GFP 标志并随初始化逐步放宽；pageblock_order在大页尺寸可变的架构上是运行期变量，决定 pageblock 的阶数——三者都是启动确定、运行期只读的分配器基础设施。