日期:2014-05-16  浏览次数:20692 次

Linux 3.x 内核学习笔记——页面的周转

页面周转

本文以Linux-3.11.0为例。

内核中所有物理内存都有其对应的page结构,这些page在整个系统的运行中,会处于下图的5个状态中。

Freeze Page:并非所有内存都可以用于分配,有些内存被内核所保留使用,例如:内核映像本身所处的内存空间、一些硬件要求需要保留的地址区间、内核中一些固有的数据结构(如page结构本身)等。系统在初始化阶段将这些内存所对应的地址标识为reserve,在初始化完成时,并不会将这些reserve的地址对应的page结构释放入空闲页面管理区。因此这部分page始终处于Freeze Page状态,它们既不会被分配,也不会被释放。

流程1:在初始化完成时,将没有reservepage结构通过__free_pages函数直接释放到空闲页面管理区中(通过free_all_bootmem触发)。这些页面就可以在系统运行过程中被分配、释放。

Hot Cold:为了便于单个页面的快速分配和释放,内核为每个cpu建立了一个冷热队列(Hot Cold List)。

Free Area:每个区间(Zone)对应一组(通常为11个)Free Area队列,每个队列用于管理大小为2^n的连续物理页面。

流程2:释放单个页面时,直接挂入冷热队列(__free_pages -> free_hot_cold_page)。

流程3:释放多个页面(2^n个页面,且n >= 1 )时,挂入对应的Free Area队列(__free_pages -> __free_pages_ok)。同时如果满足页面合并的条件,还会将页面合并后挂入更高阶的Free Area队列。

流程4:页面挂入冷热队列后,如果发现队列中的页面数量超过一定的阀值,则将部分页面移到相应的Free Area队列中(free_pcppages_bulk)。

流程5:分配单个页面时,直接从冷热队列中获取(buffered_rmqueue)。

流程6:分配单个页面时,如果冷热队列中的页面不足,则从Free Area队列中再获取一些(buffered_rmqueue -> rmqueue_bulk)。

流程7:分配多个页面时,从某个ZoneFree Area队列中寻找满足条件的页面进行分配(buffered_rmqueue ->__rmqueue)。