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Linux内存管理之伙伴系统（内存释放 [复制链接]

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1楼 [收藏(0)] [报告]
发表于 2012-01-09 20:18 |只看该作者 |倒序浏览





Linux内存管理之伙伴系统（内存释放）







Linux内核伙伴系统中页面释放，主函数为free_pages()

一、上层操作




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  1. 01./*用虚拟地址进行释放*/  
  2. 02.void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)  
  3. 03.{  
  4. 04.    if (addr != 0) {  
  5. 05.        VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));  
  6. 06.        __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);/*具体的释放函数*/  
  7. 07.    }  
  8. 08.}  
复制代码
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  1. 01./*释放页面*/  
  2. 02.void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)  
  3. 03.{  
  4. 04.    if (put_page_testzero(page)) {/*count值减一为0时释放*/  
  5. 05.        /*调试*/  
  6. 06.        trace_mm_page_free_direct(page, order);  
  7. 07.        if (order == 0)  
  8. 08.            free_hot_page(page);/*释放单个页面*/  
  9. 09.        else  
  10. 10.            __free_pages_ok(page, order);  
  11. 11.    }  
  12. 12.}  
复制代码
二、释放单个页面

释放单个页面free_hot_page()调用free_hot_cold_page()函数



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  1. 01.static void free_hot_cold_page(struct page *page, int cold)  
  2. 02.{  
  3. 03.    struct zone *zone = page_zone(page);  
  4. 04.    struct per_cpu_pages *pcp;  
  5. 05.    unsigned long flags;  
  6. 06.    int migratetype;  
  7. 07.    int wasMlocked = __TestClearPageMlocked(page);  
  8. 08.    /*调试代码*/  
  9. 09.    kmemcheck_free_shadow(page, 0);  
  10. 10.  
  11. 11.    if (PageAnon(page))  
  12. 12.        page->mapping = NULL;  
  13. 13.    if (free_pages_check(page))  
  14. 14.        return;  
  15. 15.  
  16. 16.    if (!PageHighMem(page)) {  
  17. 17.        debug_check_no_locks_freed(page_address(page), PAGE_SIZE);  
  18. 18.        debug_check_no_obj_freed(page_address(page), PAGE_SIZE);  
  19. 19.    }  
  20. 20.    /*x86下为空*/  
  21. 21.    arch_free_page(page, 0);  
  22. 22.    /*调试用*/  
  23. 23.    kernel_map_pages(page, 1, 0);  
  24. 24.    /*获得zone对应cpu的pcp*/  
  25. 25.    pcp = &zone_pcp(zone, get_cpu())->pcp;  
  26. 26.    /*获得页面的migratetype*/  
  27. 27.    migratetype = get_pageblock_migratetype(page);  
  28. 28.    set_page_private(page, migratetype);/*设置私有位为参数*/  
  29. 29.    local_irq_save(flags);/*保存中断*/  
  30. 30.    if (unlikely(wasMlocked))  
  31. 31.        free_page_mlock(page);  
  32. 32.    __count_vm_event(PGFREE);  
  33. 33.  
  34. 34.    /*
  35. 35.     * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
  36. 36.     * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
  37. 37.     * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
  38. 38.     * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
  39. 39.     * excessively into the page allocator
  40. 40.     */  
  41. 41.    if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {  
  42. 42.        if (unlikely(migratetype == MIGRATE_ISOLATE)) {  
  43. 43.            /*释放到伙伴系统 */  
  44. 44.            free_one_page(zone, page, 0, migratetype);  
  45. 45.            goto out;  
  46. 46.        }  
  47. 47.        migratetype = MIGRATE_MOVABLE;  
  48. 48.    }  
  49. 49.  
  50. 50.    if (cold)/*加入到pcp链表尾部*/  
  51. 51.        list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);  
  52. 52.    else/*加入到pcp链表头部*/  
  53. 53.        list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);  
  54. 54.    pcp->count++;/*pcp计数加一*/  
  55. 55.    if (pcp->count >= pcp->high) {/*当pcp中页面数量超过他的最高值时，
  56. 56.        释放pcp->batch个页面到伙伴系统中*/  
  57. 57.        free_pcppages_bulk(zone, pcp->batch, pcp);  
  58. 58.        pcp->count -= pcp->batch;/*页面数减去释放的页面数量*/  
  59. 59.    }  
  60. 60.  
  61. 61.out:  
  62. 62.    local_irq_restore(flags);/*回复中断*/  
  63. 63.    put_cpu();  
  64. 64.}  
复制代码
从pcp中释放页面到伙伴系统中

free_pcppages_bulk()




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  1. 01.are in same zone, and of same order.  
  2. 02. * count is the number of pages to free.  
  3. 03. *  
  4. 04. * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to  
  5. 05. * see if this freeing clears that state.  
  6. 06. *  
  7. 07. * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are  
  8. 08. * pinned" detection logic.  
  9. 09. */  
  10. 10. /*从PCP中释放count个页面到伙伴系统中*/  
  11. 11.static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,  
  12. 12.                    struct per_cpu_pages *pcp)  
  13. 13.{  
  14. 14.    int migratetype = 0;  
  15. 15.    int batch_free = 0;  
  16. 16.    /*
  17. 17.     * 虽然管理区可以按照CPU节点分类，但是也可以跨CPU节点进行内存分配，
  18. 18.     * 因此这里需要用自旋锁保护管理区  
  19. 19.     * 使用每CPU缓存的目的，也是为了减少使用这把锁。
  20. 20.     */  
  21. 21.    spin_lock(&zone->lock);  
  22. 22.    /* all_unreclaimable代表了内存紧张程度，释放内存后，将此标志清除 */  
  23. 23.    zone_clear_flag(zone, ZONE_ALL_UNRECLAIMABLE);  
  24. 24.    zone->pages_scanned = 0;/* pages_scanned代表最后一次内存紧张以来，页面回收过程已经扫描的页数。
  25. 25.    目前正在释放内存，将此清0，待回收过程随后回收时重新计数 */  
  26. 26.  
  27. 27.    /*增加管理区空闲页数*/  
  28. 28.    __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, count);  
  29. 29.    while (count) {  
  30. 30.        struct page *page;  
  31. 31.        struct list_head *list;  
  32. 32.  
  33. 33.        /*
  34. 34.         * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
  35. 35.         * batch_free count is maintained that is incremented when an
  36. 36.         * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
  37. 37.         * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
  38. 38.         * lists
  39. 39.         */  
  40. 40.        do {/*从pcp的三类链表中找出不空的一个，释放*/  
  41. 41.            batch_free++;/*参看英文注释*/  
  42. 42.            if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)  
  43. 43.                migratetype = 0;  
  44. 44.            list = &pcp->lists[migratetype];  
  45. 45.        } while (list_empty(list));  
  46. 46.  
  47. 47.        do {  
  48. 48.            page = list_entry(list->prev, struct page, lru);  
  49. 49.            /* must delete as __free_one_page list manipulates */  
  50. 50.            list_del(&page->lru);  
  51. 51.            /*释放单个页面到伙伴系统，注意这里的分类回收*/  
  52. 52.            __free_one_page(page, zone, 0, migratetype);  
  53. 53.            trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, migratetype);  
  54. 54.        } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));  
  55. 55.    }  
  56. 56.    spin_unlock(&zone->lock);  
  57. 57.}  
复制代码
三、释放多个页面

释放多个页面__free_pages_ok()函数



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  1. 01.int i;  
  2. 02.int bad = 0;  
  3. 03.int wasMlocked = __TestClearPageMlocked(page);  
  4. 04./*调试用，和相关宏有关*/  
  5. 05.kmemcheck_free_shadow(page, order);  
  6. 06.  
  7. 07.for (i = 0 ; i < (1 << order) ; ++i)/*页面相关检查*/  
  8. 08.    bad += free_pages_check(page + i);  
  9. 09.if (bad)  
  10. 10.    return;  
  11. 11.  
  12. 12.if (!PageHighMem(page)) {  
  13. 13.    debug_check_no_locks_freed(page_address(page),PAGE_SIZE<<order);  
  14. 14.    debug_check_no_obj_freed(page_address(page),  
  15. 15.                   PAGE_SIZE << order);  
  16. 16.}  
  17. 17./*X86体系下为空*/  
  18. 18.arch_free_page(page, order);  
  19. 19./*调试，相关宏定义*/  
  20. 20.kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);  
  21. 21.  
  22. 22.local_irq_save(flags);/*flags的暂存，关中断*/  
  23. 23.if (unlikely(wasMlocked))  
  24. 24.    free_page_mlock(page);  
  25. 25.__count_vm_events(PGFREE, 1 << order);  
  26. 26./*传入参数，进行具体的释放工作，将1<<order的页面释放
  27. 27.到伙伴系统中*/  
  28. 28.free_one_page(page_zone(page), page, order,  
  29. 29.                get_pageblock_migratetype(page));/*获得内存块的类型*/  
  30. 30.local_irq_restore(flags);/*恢复中断*/  
复制代码
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  1. 01.static void free_one_page(struct zone *zone, struct page *page, int order,  
  2. 02.                int migratetype)  
  3. 03.{  
  4. 04.    spin_lock(&zone->lock);/*获得管理区的自旋锁*/  
  5. 05.    zone_clear_flag(zone, ZONE_ALL_UNRECLAIMABLE);/* 只要是释放了页面，都需要将此两个标志清0，表明内存不再紧张的事实*/  
  6. 06.    zone->pages_scanned = 0;  
  7. 07.    /*管理区空闲页面计数*/  
  8. 08.    __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, 1 << order);  
  9. 09.    /*释放到指定的伙伴系统类型链表*/  
  10. 10.    __free_one_page(page, zone, order, migratetype);  
  11. 11.    spin_unlock(&zone->lock);/*释放锁*/  
  12. 12.}  
复制代码
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  1. 01.etype)  
  2. 02.{  
  3. 03.    unsigned long page_idx;  
  4. 04.  
  5. 05.    if (unlikely(PageCompound(page)))/*要释放的页是巨页的一部分*/  
  6. 06.        /* 解决巨页标志，如果巨页标志有问题，则退出 */  
  7. 07.        if (unlikely(destroy_compound_page(page, order)))  
  8. 08.            return;  
  9. 09.  
  10. 10.    VM_BUG_ON(migratetype == -1);  
  11. 11.    /*将页面转化为全局页面数组的下标*/  
  12. 12.    page_idx = page_to_pfn(page) & ((1 << MAX_ORDER) - 1);  
  13. 13.    /* 如果被释放的页不是所释放阶的第一个页，则说明参数有误 */  
  14. 14.    VM_BUG_ON(page_idx & ((1 << order) - 1));  
  15. 15.    /* 校验页块是否有效，检查是否有空洞，页块中的页面是否都在同一个zone中 */  
  16. 16.    VM_BUG_ON(bad_range(zone, page));  
  17. 17.  
  18. 18.    while (order < MAX_ORDER-1) {  
  19. 19.        unsigned long combined_idx;  
  20. 20.        struct page *buddy;  
  21. 21.        /*找出page页面的伙伴
  22. 22.         查找待释放页块的伙伴 ,其中伙伴系统中每个块
  23. 23.         都有一个对应同样大小的"伙伴块"(由2的指数原理知)*/  
  24. 24.        buddy = __page_find_buddy(page, page_idx, order);  
  25. 25.        if (!page_is_buddy(page, buddy, order))/*检查页面是否为伙伴*/  
  26. 26.            break;  
  27. 27.  
  28. 28.        /* Our buddy is free, merge with it and move up one order. */  
  29. 29.        list_del(&buddy->lru);  
  30. 30.        zone->free_area[order].nr_free--;  
  31. 31.         /* 为下面的合并做准备，清除伙伴的PG_buddy标志位，并设置伙伴的private成员为
  32. 32.            0 */  
  33. 33.        rmv_page_order(buddy);  
  34. 34.        /* 利用伙伴算法公式计算合并后父节点的页块索引 */  
  35. 35.        /*实际上是这样的，这个要配合上面的找buddy
  36. 36.        *算法一起看，找出的buddy时在原来的下标中往上或向下走
  37. 37.        *(1<<order个位置
  38. 38.        *而这里的函数是找出合并后的新块的首地址
  39. 39.        *也就是说如果上面是加，这里的基地址不变
  40. 40.        *而如果上面是减，这里往下减1<<order
  41. 41.        *其中这里的标号不是物理地址，也不是和mem_map
  42. 42.        *直接关联，而是运用于buddy算法，也就是这里的
  43. 43.        *构造出来的特定的表示，他使得这里的伙伴的寻找
  44. 44.        *和伙伴的合并实现的很巧妙
  45. 45.        */  
  46. 46.        combined_idx = __find_combined_index(page_idx, order);  
  47. 47.        page = page + (combined_idx - page_idx);  
  48. 48.        page_idx = combined_idx;  
  49. 49.        order++;  
  50. 50.    }  
  51. 51.    set_page_order(page, order);/*设置page的私有属性，伙伴系统通过这个值来
  52. 52.                            确定页面所属的order*/  
  53. 53.    list_add(&page->lru,  
  54. 54.        &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);/*伙伴系统中每一种order有5中空闲链表*/  
  55. 55.    zone->free_area[order].nr_free++;/*对应order的空闲块加一*/  
  56. 56.}  
复制代码
四、关于伙伴的操作

4.1，查找伙伴



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  1. 01.static inline struct page *  
  2. 02.__page_find_buddy(struct page *page, unsigned long page_idx, unsigned int order)  
  3. 03.{  
  4. 04.    /*伙伴的计算原理，
  5. 05.    *实际上，使用(1<<order)掩码的异或(XOR)转换page_idx第order位
  6. 06.    *的值。因此，如果这个位原来是0，buddy_idx就等于page_idx+order
  7. 07.    *相反，如果这个位原先是1，buddy_idx就等于page_idx-order
  8. 08.    *此计算出来的伙伴为在mem_map中的下标
  9. 09.    */   
  10. 10.    unsigned long buddy_idx = page_idx ^ (1 << order);  
  11. 11.    /*返回伙伴块的页面基址*/  
  12. 12.    return page + (buddy_idx - page_idx);  
  13. 13.}  
复制代码
4.2，检查是否为伙伴



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  1. 01.static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,  
  2. 02.                                int order)  
  3. 03.{  
  4. 04.    if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))/*验证此buddy的有效性*/  
  5. 05.        return 0;  
  6. 06.  
  7. 07.    if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))/*验证page和他的buddy是否在同一个zone中*/  
  8. 08.        return 0;  
  9. 09.    /*验证相关位和buddy的order值*/  
  10. 10.    /* 通过检查PG_buddy 标志位判断buddy是否在伙伴系统中，并且buddy是否在order级的
  11. 11.     链表中，page的private成员存放页块所在链表的order。*/  
  12. 12.    if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {  
  13. 13.        VM_BUG_ON(page_count(buddy) != 0);  
  14. 14.        return 1;  
  15. 15.    }  
  16. 16.    return 0;  
  17. 17.}  
复制代码
总结：伙伴系统内存释放或称主要流程

1，如果释放的是单个页面，需要根据页面类型考虑是否释放到伙伴系统中，同时，将其加入到pcp链表中。如果pcp链表中内存过多，调用free_pcppages_bulk()函数将大块内存放回伙伴系统中；

2，如果释放的是多个页面，直接调用__free_one_page()释放到伙伴系统中。

3，释放到伙伴系统中时，需要考虑和伙伴的合并情况。
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2楼 [报告]
发表于 2012-01-09 20:20 |只看该作者
谢谢分享
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