linux核心支援3中記憶體模型，分别是flat memory model、discontiguous memory model和sparse memory model。所謂memory model，就是在作業系統層面，用什麼樣的方式來管理這些實體記憶體。
1 flat memory model
如果從系統中任意一個處理器角度看，當它通路實體記憶體時，實體位址空間是一個連續的，沒有空洞的位址空間，那麼這種計算機系統的記憶體模型就是flat memory。這種記憶體模型下，實體記憶體管理比較簡單，每一個實體頁幀都會有一個page資料結構來抽象，是以系統中存在一個struct page的數組mem_map，每個數組指向一個實際的實體頁幀。在flat memory下，PFN（page frame number）和mem_map數組index是線性的（有的系統會有一個固定便宜PFN_OFFSET），如果記憶體對應的實體位址為0，那PFN就是數組的index。
對于flat memory model，節點struct pglist_data隻有一個（為了和discontiguous memory model采用相同的機制）。下圖描述了flat memory的情況：
Mem_map 位于核心空間的直接映射區，是以無需為其建立頁表。
2 discontiguous memory model
如果cpu在通路實體記憶體時，其位址空間有一些空洞，是不連續的，那麼這種計算機系統的記憶體模型就是discontiguous memory。一般而言，numa架構的計算機系統的memory model都選擇discontiguous memory。不過這兩個概念是不同的，numa強調的是cpu和memory的位置關系，和記憶體模型模型實際上沒有關系，隻不過同一個node上的cpu和memory通路速度更快，是以需要多個node來管理。
3 sparse memory model
Sparse memory model是為了解決memory hotplug而生的。
下圖說明sparse memory是如何管理記憶體的的。
整個連續的實體位址空間劃分成一個個section，内個section内部，其memory是連續的，是以，mem_map的page數組依附于section結構，而不是node結構了。無論哪一種記憶體模型，都需要處理PFN與page之間的對應關系，隻不過sparse多了一個section的概念，讓轉換變成了PFN<->section<->page.
4 代碼分析
這裡主要讨論PFN與page之間的轉換，主要代碼在include/asm-generic/memory_model.h中。
- Flat memory代碼如下：
#define __pfn_to_page(pfn) (mem_map + ((pfn) - ARCH_PFN_OFFSET))
#define __page_to_pfn(page) ((unsigned long)((page) - mem_map) + \
ARCH_PFN_OFFSET)
由代碼可知，PFN和struct page數組mem_map index成線性關系，有一個固定的偏移就是ARCH_PFN_OFFSET,這個偏移和架構相關。
- Discontiguous memory代碼如下：
#define __pfn_to_page(pfn) \
({ unsigned long __pfn = (pfn); \
unsigned long __nid = arch_pfn_to_nid(__pfn); \
NODE_DATA(__nid)->node_mem_map + arch_local_page_offset(__pfn, __nid);\
})
#define __page_to_pfn(pg) \
({ const struct page *__pg = (pg); \
struct pglist_data *__pgdat = NODE_DATA(page_to_nid(__pg)); \
(unsigned long)(__pg - __pgdat->node_mem_map) + \
__pgdat->node_start_pfn; \
})
Discontiguous memory model需要擷取node id，隻要找到node id，就可以找到對應的pglist_data資料結構，該資料結構node_start_pfn記錄了該node的第一個page frame number，是以，根據pfn就可以找到在該node中的偏移，進而得到對應的page結構，或者根據page結構，得到對應node的pglist->node_mem_map,進而得到在該node中的偏移（page-pglist->node_mem_map）,加上該node的pglist->node_start_pfn,即得到PFN。
- Sparse memory代碼如下：
#define __page_to_pfn(pg) \
({ const struct page *__pg = (pg); \
int __sec = page_to_section(__pg); \
(unsigned long)(__pg - __section_mem_map_addr(__nr_to_section(__sec))); \
})
#define __pfn_to_page(pfn) \
({ unsigned long __pfn = (pfn); \
struct mem_section *__sec = __pfn_to_section(__pfn); \
__section_mem_map_addr(__sec) + __pfn; \
})
以__page_to_pfn為例，首先，通過pg找到對應的section，然後得到section中配置設定的mem_map位址，pg-mem_map即得到，這裡section的mem_map是經過編碼的，即section[i].section_mem_map = mem_map位址-start_pfn.
編碼過程是在初始化section時進行的，
static int __meminit sparse_init_one_section(struct mem_section *ms,
unsigned long pnum, struct page *mem_map,
unsigned long *pageblock_bitmap)
{
if (!present_section(ms))
return -EINVAL;
ms->section_mem_map &= ~SECTION_MAP_MASK;
ms->section_mem_map |= sparse_encode_mem_map(mem_map, pnum) |
SECTION_HAS_MEM_MAP;
ms->pageblock_flags = pageblock_bitmap;
return 1;
}
由于在初始化編碼中，得到的section_mem_map是配置設定的mem_map位址-start_pfn, 在回過頭看__page_to_pfn和__pfn_to_page這兩個宏，就好了解了。