linux記憶體管理之夥伴系統管理
【摘要】
本文主要介紹linux系統中,夥伴管理系統是如何處理記憶體頁的.
【正文】夥伴系統基本資訊
1 夥伴系統由來:linux核心支援申請連續的記憶體頁,但由於記憶體碎片化,可能出現空閒記憶體足夠,但連續頁不足的情況,如此引入夥伴系統,在申請和釋放記憶體過程,儘量保持頁的連續性.
2 夥伴系統簡介:linux分別把連續2的0次方頁、1次方頁 ...分別看作一組夥伴,最多有2的MAX_ORDER-1個夥伴組
本文以 MAX_ORDER=11為例進行介紹;
程式碼舉例: alloc_pages(gfp_mask,order)申請連續的2的order次方頁; #define alloc_page(gfp_mask,0)
對於每個記憶體去struct zone來說(比如ZONE_NORMAL,值得一提的說,很多嵌入式系統只有這一個zone,可以參考
linux記憶體管理之記憶體回收機制 一文), zone->free_area用於描述zone的空閒記憶體資訊,其中:
zone->free_area->nr_free 表示該zone內空閒記憶體數量;
zone->free_area->free_list[MIGRATE_TYPES] 表示相應MIGRATE_TYPES型別的空閒記憶體連結串列,alloc_page過程就是嘗試從不同空閒連結串列上申請記憶體,見後文程式碼分析;
MIGRATE_TYPES型別
enum { MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE, MIGRATE_PCPTYPES, /* the number of types on the pcp lists */ MIGRATE_RESERVE = MIGRATE_PCPTYPES, #ifdef CONFIG_CMA /* * MIGRATE_CMA migration type is designed to mimic the way * ZONE_MOVABLE works. Only movable pages can be allocated * from MIGRATE_CMA pageblocks and page allocator never * implicitly change migration type of MIGRATE_CMA pageblock. * * The way to use it is to change migratetype of a range of * pageblocks to MIGRATE_CMA which can be done by * __free_pageblock_cma() function. What is important though * is that a range of pageblocks must be aligned to * MAX_ORDER_NR_PAGES should biggest page be bigger then * a single pageblock. */ MIGRATE_CMA, #endif #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION MIGRATE_ISOLATE, /* can't allocate from here */ #endif MIGRATE_TYPES };
3 linux系統的夥伴系統資訊查詢:
1> cat /proc/buddyinfo
Node 0, zone Normal 29 17 8 2 5 3 3 1 1 1 1
Node:表示pgdata->node_id=0;Normal表示ZONE_NORMAL 可參考linux記憶體管理之記憶體回收機制一文;
29: 表示zone->free_area[order=0].nr_free;即連續2的0次方頁的個數。依次類推:
1: 最後一個1表示zone->free_area[order=10].nr_free;即連續2的MAX_ORDER-1=10次方頁的個數;
2>通過show_mem(0)介面檢視系統記憶體分配情況. 使用舉例:
oom_killer.c: show_mem(0)記憶體資訊顯示介面,列出系統記憶體規劃;
MIGRATE_UNMOVABLE,MIGRATE_RECLAIMABLE,MIGRATE_MOVABLE等MIGRATE_TYPES型別在show_mem顯示中被簡化為U/R/M.
meminfo.c: cat /proc/meminfo顯示系統記憶體資訊;可以在meminfo的實現里加入show_mem(0);
【正文二】夥伴系統程式碼分析frea_area與free_list
1 zone記憶體區中free_area與free_list.
如:alloc_page()/alloc_pages()型別的函式從 zone->free_area[order]->free_list[MIGRATE_TYPES] 中申請page;
order:表示申請連續記憶體頁個數,每個order對應一個free_area,每個free_area對應一組free_list連結串列,每個free_list都是連續order頁的連結串列,order取值0到MAX_ORDER-1;
每個free_area上可以有MIGRATE_TYPES個型別的free_list,alloc_page等函式就是從MIGRATE_TYPES型別的free_list上申請記憶體的. MIGRATE_TYPES見如上定義;
free_area[order].nr_free表示該order對應的free_area上的空閒頁個數;
1) 每個page都對應一個order,該order用於標記這個page屬於哪個zone->frea_area[order];
set_page_order函式介面用於設定:page->private=order;
static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
{
set_page_private(page, order);
__SetPageBuddy(page);
}
其中:
#define set_page_private(page, v) ((page)->private = (v))
set_page_order設定過程:(1) 釋放一個頁時:__free_one_page()->set_page_order();
(2)申請一個頁時:expand()->set_page_order();
2)任意page都屬於一個夥伴(即zone->free_area[order]),每個free_ara[order]中包含MIGRATE_TYPES個free_list[MIGRATE_TYPES] (即zone->free_area[order]->free_list[MIGRATE_TYPES]);
設定一個page屬於哪個MIGRATE_TYPES(可以屬於多個MIGRATE_TYPES):
通過set_freepage_migratetype介面設定,通常和get_pfnblock_migratetype同時使用;
get_pfnblock_migratetype和set_pageblock_migratetype函式是一對函式;
static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
{
unsigned long flags;
int migratetype;
unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
/*先從pageblock獲取migratetype,注意pageblock中的miggratetype是在
set_pageblock_migratetype中設定的,後文會有涉及*/
migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
/*設定page所屬migratetype型別:page->index=migratetype*/
set_freepage_migratetype(page, migratetype);
free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
}
free_hot_cold_page/__rmqueue_fallback/__rmqueue_smallest/move_freepages->set_freepage_migratetype
3) zone_watermark_ok與free_area ; zone_watermark_ok->__zone_watermark_ok
__zone_watermark_ok判斷空閒記憶體釋放足夠,注意此處針對每個小於order所對應的夥伴進行判斷free_area[order].nr_free
/* free_pages為所有空閒頁個數,通過zone_page_state(zone,NR_FREE_PAGES)獲取 */
static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags,
long free_pages)
{
/* free_pages my go negative - that's OK; mark=zone->watermark[] */
long min = mark;
int o;
long free_cma = 0;
free_pages -= (1 << order) - 1;
if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
min -= min / 2;
if (alloc_flags & ALLOC_HARDER)
min -= min / 4;
#ifdef CONFIG_CMA
/* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
free_cma = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
#endif
if (free_pages - free_cma <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
return false;
/*alloc_pages申請連續order頁,此處對每個小於order的frea_area[order]的空閒頁個數進行校驗*/
for (o = 0; o < order; o++) {
/* 此處減去order以下所有空閒頁的原因:
At the next order, this order's pages become unavailable */
free_pages -= z->free_area[o].nr_free << o;
/* Require fewer higher order pages to be free */
min >>= min_free_order_shift;
/*此處free_pages為可申請的,即減去o<order,free_area[o].nr_free
注意此處是對每個free_area[o<order]進行判斷
*/
if (free_pages <= min)
return false;
}
return true;
}
【正文三】 free_list的新增和刪除
page_alloc.c中搜索free_list[migrate],可以確定migrate設定、使用、維護過程。
由上可知,任何一個頁都屬於某個夥伴系統,即zone->free_area[order];
並且struct page結構中儲存了order(page->private=order)
我們在申請或釋放某些頁時,首先要根據連續頁的個數(即order),找到連續order頁所在夥伴系統zone->free_area[order];
然後,每個free_area對應MIGRATE_TYPES個free_list(即zone->free_area[order]->free_list[MIGRATE_TYPES]);
那麼要理解如何從free_list連結串列上申請或者釋放頁,首先要弄明白page是何時掛載到free_list連結串列上的?
申請頁過程,如何找到對應的free_list(每個free_area[order]對應MIGRATE_TYPES個free_list)?
1 free_list[MIGRATE_TYPES]新增過程:一般在釋放page的過程完成.
首先要決定連續order頁掛載到哪個free_list上,即選擇合適的MIGRATE_TYPES,選擇時機如下:
1> 核心啟動過程會設定所有低端頁掛載到free_lists[MIGRATE_MOVABLE],過程如下:
第一步:set_pageblock_migratetype設定pageblock的migratetype=MIGRATE_MOVABLE;
注意pageblock_nr_pages為2的order=10次方個連續頁;
setup_arch()->paging_init()->bootm_init()->arm_bootmem_free()->free_area_init_node()->free_area_init_core()
->memmap_init->memmap_init_zone->set_pageblock_migratetype(page,MIGRATE_MOVABLE):第二步:通過get_pfnblock_migratetype獲取migratetype,並通過set_freepage_migratetype設定page->index,且將page掛載到zone->free_area[order]->free_lists[migratetype]上.
mm_init->mem_init->free_all_bootmem->__free_memory_all->__free_pages_memory->__free_pages->__free_pages_ok
static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
{
unsigned long flags;
int migratetype;
unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
if (!free_pages_prepare(page, order))
return;
/*先獲取pageblock的migratetype;第一步時初始化為migratetype=MIGRATE_MOVABLE;*/
migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
local_irq_save(flags);
__count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
/*設定page->index=migratetype=MIGRATE_MOVABLE*/
set_freepage_migratetype(page, migratetype);
free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
local_irq_restore(flags);
}
__free_pages_ok-> __free_one_page:把要釋放的page掛到zone->free_area[order]->free_list[migratetype]上,
且釋放後該order對應的free_area[order]上空閒頁++.
static inline void __free_one_page(struct page *page,unsigned long pfn,struct zone *zone,
unsigned int order,int migratetype)
{
unsigned long page_idx;
unsigned long combined_idx;
unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
struct page *buddy;
int max_order = MAX_ORDER;
VM_BUG_ON(migratetype == -1);
if (is_migrate_isolate(migratetype)) {
max_order = min(MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
} else {
__mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
}
page_idx = pfn & ((1 << max_order) - 1);
VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
while (order < max_order - 1) {
buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
break;
/*
* Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
* merge with it and move up one order.
*/
if (page_is_guard(buddy)) {
clear_page_guard_flag(buddy);
set_page_private(buddy, 0);
if (!is_migrate_isolate(migratetype)) {
__mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order,
migratetype);
}
} else {
list_del(&buddy->lru);
zone->free_area[order].nr_free--;
rmv_page_order(buddy);
}
combined_idx = buddy_idx & page_idx;
page = page + (combined_idx - page_idx);
page_idx = combined_idx;
order++;
}
set_page_order(page, order);
/*
* If this is not the largest possible page, check if the buddy
* of the next-highest order is free. If it is, it's possible
* that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
* that is happening, add the free page to the tail of the list
* so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
* as a higher order page
*/
if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
struct page *higher_page, *higher_buddy;
combined_idx = buddy_idx & page_idx;
higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
list_add_tail(&page->lru,
&zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
goto out;
}
}
/*釋放的page掛載到free_list上*/
list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
out: /*釋放後該order對應的free_area[order]上空閒頁++*/
zone->free_area[order].nr_free++;
}
2> 設定page為MIGRATE_RESERVE:
第一步:set_pageblock_migratetype(page,MIGRATE_RESERVE);設定zone區page的migratetype
init_per_zone_wmark_min->setup_per_zone_wmarks->setup_zone_migrate_reserve->set_pageblock_migratetype:
static void setup_zone_migrate_reserve(struct zone *zone)
{
unsigned long start_pfn, pfn, end_pfn, block_end_pfn;
struct page *page;
unsigned long block_migratetype;
int reserve;
int old_reserve;
/*
* Get the start pfn, end pfn and the number of blocks to reserve
* We have to be careful to be aligned to pageblock_nr_pages to
* make sure that we always check pfn_valid for the first page in
* the block.
*/
start_pfn = zone->zone_start_pfn;
end_pfn = zone_end_pfn(zone);
start_pfn = roundup(start_pfn, pageblock_nr_pages);
reserve = roundup(min_wmark_pages(zone), pageblock_nr_pages) >>pageblock_order;
/*
* Reserve blocks are generally in place to help high-order atomic
* allocations that are short-lived. A min_free_kbytes value that
* would result in more than 2 reserve blocks for atomic allocations
* is assumed to be in place to help anti-fragmentation for the
* future allocation of hugepages at runtime.
*/
reserve = min(2, reserve);
old_reserve = zone->nr_migrate_reserve_block;
/* When memory hot-add, we almost always need to do nothing */
if (reserve == old_reserve)
return;
zone->nr_migrate_reserve_block = reserve;
/*遍歷zone區記憶體頁;注意pageblock_nr_pages為2的order=10次方個連續頁*/
for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
if (!pfn_valid(pfn))
continue;
page = pfn_to_page(pfn);
/* Watch out for overlapping nodes */
if (page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone))
continue;
/*注意上面第1種情況,設定block_migratetype=MIGRATE_MOVABLE*/
block_migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
/* Only test what is necessary when the reserves are not met */
if (reserve > 0) {
/*
* Blocks with reserved pages will never free, skip
* them.
*/
block_end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, end_pfn);
if (pageblock_is_reserved(pfn, block_end_pfn))
continue;
/* If this block is reserved, account for it */
if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
reserve--;
continue;
}
/*
Suitable for reserving if this block is movable
系統啟動時mm_init初始化pageblock的migratetype為MIGRATE_MOVABLE
*/
if (block_migratetype == MIGRATE_MOVABLE) {
set_pageblock_migratetype(page,
MIGRATE_RESERVE);
/*setup_zone_migrate_reserve->move_freepages:
將page掛載到zone->free_area[order].free_list[migratetype]連結串列上
注意此處此page所在pageblock的order=10=pageblock_nr_pages;migratetype=MIGRATE_RESERVE
*/
move_freepages_block(zone, page,
MIGRATE_RESERVE);
reserve--;
continue;
}
} else if (!old_reserve) {
/*
* At boot time we don't need to scan the whole zone
* for turning off MIGRATE_RESERVE.
*/
break;
}
/*
* If the reserve is met and this is a previous reserved block,
* take it back
*/
if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_MOVABLE);
}
}
}
init_per_zone_wmark_min->setup_per_zone_wmarks->setup_zone_migrate_reserve->set_pageblock_migratetype->
move_freepages:將page掛載到zone->free_area[order].free_list[migratetype]連結串列上.
int move_freepages(struct zone *zone, struct page *start_page, struct page *end_page, int migratetype)
{
struct page *page;
unsigned long order;
int pages_moved = 0;
for (page = start_page; page <= end_page;) {
/* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
page++;
continue;
}
if (!PageBuddy(page)) {
page++;
continue;
}
order = page_order(page);
//order=10時;1024*4k=4096KB;migratetype=MIGRATE_RESERVE,此時設定reserve屬性;
list_move(&page->lru,
&zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
set_freepage_migratetype(page, migratetype);
page += 1 << order;
pages_moved += 1 << order;
}
return pages_moved;
}
2 free_list[MIGRATE_TYPES]刪除過程:一般在申請page的過程完成.
#define alloc_pages(gfp_mask,order)->alloc_pages_node(numa_node_id(),gfp_mask,order)
/*根據nid找到zone[ZONE_NORMAL];根據order找到zone->free_area[order];
根據MIGRATE_TYPES找到對應的free_list,此時__rmqueue_fallback會輪訓migratetype,見後文分析*/
static inline struct page *alloc_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask,
unsigned int order)
{
if (nid < 0)
nid = numa_node_id();
return __alloc_pages(gfp_mask, order, node_zonelist(nid, gfp_mask));
}
alloc_pages(gfp_mask,order)->get_page_from_freelist()從free_list上申請記憶體page,
free_list上page是掛載時機可以參看上文,該函式會通過zone_watermark_ok判斷zone->free_area[order]上空閒記憶體是否超出wtatermark;如果zone->free_area[order]上nr_free充足,則通過buffered_rmqueue繼續申請page:
注意migratetype是通過:__alloc_pages->__alloc_pages_nodemask()根據gfp_mask指定的,
如GFP_KERNEL對應migratetype=0:
static struct page *
get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, unsigned int order,
struct zonelist *zonelist, int high_zoneidx, int alloc_flags,
struct zone *preferred_zone, int classzone_idx, int migratetype)
{
struct zoneref *z;
struct page *page = NULL;
struct zone *zone;
nodemask_t *allowednodes = NULL;/* zonelist_cache approximation */
int zlc_active = 0; /* set if using zonelist_cache */
int did_zlc_setup = 0; /* just call zlc_setup() one time */
bool consider_zone_dirty = (alloc_flags & ALLOC_WMARK_LOW) &&
(gfp_mask & __GFP_WRITE);
int nr_fair_skipped = 0;
bool zonelist_rescan;
zonelist_scan:
zonelist_rescan = false;
/*
* Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
* See also __cpuset_node_allowed_softwall() comment in kernel/cpuset.c.
*/
for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, high_zoneidx, nodemask) {
unsigned long mark;
if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
!zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
continue;
if (cpusets_enabled() &&
(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
!cpuset_zone_allowed_softwall(zone, gfp_mask))
continue;
/*
* Distribute pages in proportion to the individual
* zone size to ensure fair page aging. The zone a
* page was allocated in should have no effect on the
* time the page has in memory before being reclaimed.
*/
if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
if (!zone_local(preferred_zone, zone))
break;
if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
nr_fair_skipped++;
continue;
}
}
if (consider_zone_dirty && !zone_dirty_ok(zone))
continue;
mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
classzone_idx, alloc_flags)) {
int ret;
/* Checked here to keep the fast path fast */
BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
goto try_this_zone;
if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
!did_zlc_setup && nr_online_nodes > 1) {
/*
* we do zlc_setup if there are multiple nodes
* and before considering the first zone allowed
* by the cpuset.
*/
allowednodes = zlc_setup(zonelist, alloc_flags);
zlc_active = 1;
did_zlc_setup = 1;
}
if (zone_reclaim_mode == 0 ||
!zone_allows_reclaim(preferred_zone, zone))
goto this_zone_full;
/*
* As we may have just activated ZLC, check if the first
* eligible zone has failed zone_reclaim recently.
*/
if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
!zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
continue;
ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
switch (ret) {
case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
/* did not scan */
continue;
case ZONE_RECLAIM_FULL:
/* scanned but unreclaimable */
continue;
default:
/* did we reclaim enough */
if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
classzone_idx, alloc_flags))
goto try_this_zone;
if (((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == ALLOC_WMARK_MIN) ||
ret == ZONE_RECLAIM_SOME)
goto this_zone_full;
continue;
}
}
try_this_zone:
page = buffered_rmqueue(preferred_zone, zone, order,
gfp_mask, migratetype);
if (page)
break;
this_zone_full:
if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)
zlc_mark_zone_full(zonelist, z);
}
if (page) {
/*
* page->pfmemalloc is set when ALLOC_NO_WATERMARKS was
* necessary to allocate the page. The expectation is
* that the caller is taking steps that will free more
* memory. The caller should avoid the page being used
* for !PFMEMALLOC purposes.
*/
page->pfmemalloc = !!(alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS);
return page;
}
/*
* The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
* local node. However, the local node might have free pages left
* after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
* even been considered yet. Try once more without fairness, and
* include remote zones now, before entering the slowpath and waking
* kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
*/
if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
alloc_flags &= ~ALLOC_FAIR;
if (nr_fair_skipped) {
zonelist_rescan = true;
reset_alloc_batches(preferred_zone);
}
if (nr_online_nodes > 1)
zonelist_rescan = true;
}
if (unlikely(IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)) {
/* Disable zlc cache for second zonelist scan */
zlc_active = 0;
zonelist_rescan = true;
}
if (zonelist_rescan)
goto zonelist_scan;
return NULL;
}
3 夥伴系統處理
alloc_pages(gfp_mask,order)->get_page_from_freelist()->buffered_rmqueue()
static inline
struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
struct zone *zone, unsigned int order,
gfp_t gfp_flags, int migratetype)
{
unsigned long flags;
struct page *page;
bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
again://只申請1個頁
if (likely(order == 0)) {
struct per_cpu_pages *pcp;
struct list_head *list;
local_irq_save(flags);
pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
/*先在pcp->lists上查詢有沒有對應型別的空閒頁*/
list = &pcp->lists[migratetype];
/*如果pcp->lists上沒有對應型別的空閒頁,則從夥伴系統中查詢,並掛載的pcp->list上面*/
if (list_empty(list)) {
/*rmqueue_bulk將申請到的page->list掛載到pcp->lists[migratetype]上*/
pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
pcp->batch, list,
migratetype, cold);
if (unlikely(list_empty(list)))
goto failed;
}
if (cold)
page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
else
page = list_entry(list->next, struct page, lru);
/*從pcp->lists[migratetype]刪除page->list,因為該頁被申請了*/
list_del(&page->lru);
pcp->count--;
} else { //直接申請連續多頁,沒有從pcp->list連結串列上申請
if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
/*
* __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
*
* All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
* properly detect and handle allocation failures.
*
* We most definitely don't want callers attempting to
* allocate greater than order-1 page units with
* __GFP_NOFAIL.
*/
WARN_ON_ONCE(order > 1);
}
spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
spin_unlock(&zone->lock);
if (!page)
goto failed;
__mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
get_freepage_migratetype(page));
}
__mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
!test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
__count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
local_irq_restore(flags);
VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
if (prep_new_page(page, order, gfp_flags))
goto again;
return page;
failed:
local_irq_restore(flags);
return NULL;
}
無論申請連續一頁還是多頁都會呼叫到buffered_rmqueue()->__rmqueue():
static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
int migratetype)
{
struct page *page;
retry_reserve:
/*
第一次執行到此:
系統最開始將page掛載到MIGRATE_MOVABLE和MIGRATETYPE_RESERVE對應的free_list[migratetype]上;
alloc_pages()過程,當gfp_mask=GFP_KERNEL時,migratetype=0對應的free_list[migratetype]上沒有page,
所以此處返回空,繼續向下分析程式碼*/
page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
/*第一次執行到此:page為空migratetype != MIGRATE_RESERVE,
注意此時所有page都在MIGRATE_MOVABLE和MIGRATETYPE_RESERVE對應的free_list[migratetype]*/
if (unlikely(!page) && migratetype != MIGRATE_RESERVE) {
page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
/*
* Use MIGRATE_RESERVE rather than fail an allocation. goto
* is used because __rmqueue_smallest is an inline function
* and we want just one call site
*/
if (!page) {
migratetype = MIGRATE_RESERVE;
goto retry_reserve;
}
}
trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
return page;
}
buffered_rmqueue()->__rmqueue()->__rmqueue_smallest:static inline struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
int migratetype)
{
unsigned int current_order;
struct free_area *area;
struct page *page;
/* Find a page of the appropriate size in the preferred list
遍歷所有大於等於要申請order的free_area[order]區;
*/
for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
area = &(zone->free_area[current_order]);
if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
continue;
/*如果free_list上有page則申請*/
page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
struct page, lru);
list_del(&page->lru);
rmv_page_order(page);
area->nr_free--;
expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
set_freepage_migratetype(page, migratetype);
return page;
}
return NULL;
}
buffered_rmqueue()->__rmqueue()->__rmqueue_fallback中遍歷fallbacks:fallbacks指明瞭free_list[migratetype]連結串列的申請順序,如下:zone->free_area[order]->free_list[migratetype];
static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
[MIGRATE_UNMOVABLE] = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE, MIGRATE_RESERVE },
[MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_MOVABLE, MIGRATE_RESERVE },
#ifdef CONFIG_CMA
[MIGRATE_MOVABLE] = { MIGRATE_CMA, MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_RESERVE },
[MIGRATE_CMA] = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
#else
[MIGRATE_MOVABLE] = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_RESERVE },
#endif
[MIGRATE_RESERVE] = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
#ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
[MIGRATE_ISOLATE] = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
#endif
};
buffered_rmqueue()->__rmqueue()->__rmqueue_fallback:
static inline struct page *__rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
{
struct free_area *area;
unsigned int current_order;
struct page *page;
int migratetype, new_type, i;
/* Find the largest possible block of pages in the other list */
for (current_order = MAX_ORDER-1;
current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
--current_order) {
for (i = 0;; i++) {
migratetype = fallbacks[start_migratetype][i];
/* MIGRATE_RESERVE handled later if necessary */
if (migratetype == MIGRATE_RESERVE)
break;
area = &(zone->free_area[current_order]);
if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
continue;
page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
struct page, lru);
area->nr_free--;
new_type = try_to_steal_freepages(zone, page,
start_migratetype,
migratetype);
/* Remove the page from the freelists */
list_del(&page->lru);
rmv_page_order(page);
expand(zone, page, order, current_order, area,
new_type);
/* The freepage_migratetype may differ from pageblock's
* migratetype depending on the decisions in
* try_to_steal_freepages. This is OK as long as it does
* not differ for MIGRATE_CMA type.
*/
set_freepage_migratetype(page, new_type);
trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
start_migratetype, migratetype);
return page;
}
}
return NULL;
}
【總結】
本文簡要介紹了夥伴系統的維護方法,需要注意__rmqueue()/zone_watermark_ok()重點函式的分析,同時要釐清
zone->free_area[order]->free_list[migratetype] 各項的含義;一般zone指ZONE_NORMAL區。
1>zone的獲取:通過遍歷zone_list,zone_list通過node_zonelist()獲取
/*對應node_id=numa_node_id();其中ZONE_NORMAL對應nid=0*/
static inline struct zonelist *node_zonelist(int nid, gfp_t flags)
{
return NODE_DATA(nid)->node_zonelists + gfp_zonelist(flags);
}
2>free_area[order]:order表示連續2的order次方的連續頁,其中初始化過程會是否所有野到free_area[order=10]空閒區的free_list連結串列,其他釋放過程同樣是否page到對應order的free_area[order]空閒區的free_list連結串列上;
3>free_area[order]->free_list[migratetype]:初始化過程會掛載page頁到free_list[migratetype];migratetype=MIGRATE_MOVABLE和MIGRATE_RESERVE,此處注意page同時掛載到了兩個free_list上。申請過程中從哪個free_list[migratetype]上申請,優先順序取決於 fallbacks[MIGRATE_TYPES][4]定義:可以參考上文程式碼.
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