Linux分區(qū)頁(yè)框分配器怎么使用

分區(qū)頁(yè)框分配器

頁(yè)框分配在內(nèi)核里的機(jī)制我們叫做分區(qū)頁(yè)框分配器(zoned page frame allocator)，在linux系統(tǒng)中，分區(qū)頁(yè)框分配器管理著所有物理內(nèi)存，無論你是內(nèi)核還是進(jìn)程，都需要請(qǐng)求分區(qū)頁(yè)框分配器，這時(shí)才會(huì)分配給你應(yīng)該獲得的物理內(nèi)存頁(yè)框。當(dāng)你所擁有的頁(yè)框不再使用時(shí)，你必須釋放這些頁(yè)框，讓這些頁(yè)框回到管理區(qū)頁(yè)框分配器當(dāng)中。

有時(shí)候目標(biāo)管理區(qū)不一定有足夠的頁(yè)框去滿足分配，這時(shí)候系統(tǒng)會(huì)從另外兩個(gè)管理區(qū)中獲取要求的頁(yè)框，但這是按照一定規(guī)則去執(zhí)行的，如下：

• 如果要求從DMA區(qū)中獲取，就只能從ZONE_DMA區(qū)中獲取。
• 如果沒有規(guī)定從哪個(gè)區(qū)獲取，就按照順序從 ZONE_NORMAL -> ZONE_DMA 獲取。
• 如果規(guī)定從HIGHMEM區(qū)獲取，就按照順序從 ZONE_HIGHMEM -> ZONE_NORMAL -> ZONE_DMA 獲取。

 

其函數(shù)接口

內(nèi)核中根據(jù)不同的分配需求有6個(gè)函數(shù)接口來請(qǐng)求頁(yè)框，最終都會(huì)調(diào)用到__alloc_pages_nodemask。

可以看頁(yè)框分配器的核心函數(shù)是__alloc_pages_nodemask，在講這個(gè)函數(shù)之前我們先看下兩個(gè)標(biāo)志：

• gfp_mask

1. __GFP_DMA：請(qǐng)求在ZONE_DMA區(qū)域中分配頁(yè)面；
2. __GFP_HIGHMEM：請(qǐng)求在ZONE_HIGHMEM區(qū)域中分配頁(yè)面；
3. __GFP_MOVABLE：ZONE_MOVALBE可用時(shí)在該區(qū)域分配頁(yè)面，同時(shí)表示頁(yè)面分配后可以在內(nèi)存壓縮時(shí)進(jìn)行遷移，也能進(jìn)行回收；
4. __GFP_RECLAIMABLE：請(qǐng)求分配到可恢復(fù)頁(yè)面；
5. __GFP_HIGH：高優(yōu)先級(jí)處理請(qǐng)求；
6. __GFP_IO：請(qǐng)求在分配期間進(jìn)行 I/O 操作；
7. __GFP_FS：請(qǐng)求在分配期間進(jìn)行文件系統(tǒng)調(diào)用；
8. __GFP_ZERO：請(qǐng)求將分配的區(qū)域初始化為 0；
9. __GFP_NOFAIL：不允許請(qǐng)求失敗，會(huì)無限重試；
10. __GFP_NORETRY：請(qǐng)求不重試內(nèi)存分配請(qǐng)求；

 

• alloc_flags

1. ALLOC_WMARK_MIN：僅在最小水位water mark及以上限制頁(yè)面分配；
2. ALLOC_WMARK_LOW：僅在低水位water mark及以上限制頁(yè)面分配；
3. ALLOC_WMARK_HIGH：僅在高水位water mark及以上限制頁(yè)面分配；
4. ALLOC_HARDER：努力分配，一般在gfp_mask設(shè)置了__GFP_ATOMIC時(shí)會(huì)使用；
5. ALLOC_HIGH：高優(yōu)先級(jí)分配，一般在gfp_mask設(shè)置了__GFP_HIGH時(shí)使用；
6. ALLOC_CPUSET：檢查是否為正確的 cpuset；
7. ALLOC_CMA：允許從 CMA 區(qū)域進(jìn)行分配；

__alloc_pages_nodemask

struct page *
__alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
       nodemask_t *nodemask)
{
  page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);//fastpath分配頁(yè)面：從pcp(per_cpu_pages)和伙伴系統(tǒng)中正常的分配內(nèi)存空間
  ......
  page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);//slowpath分配頁(yè)面：如果上面沒有分配到空間，調(diào)用下面函數(shù)慢速分配，允許等待和回收
  ......
}

在頁(yè)面分配時(shí)，有兩種路徑可以選擇，如果在快速路徑中分配成功了，則直接返回分配的頁(yè)面；快速路徑分配失敗則選擇慢速路徑來進(jìn)行分配?？偨Y(jié)如下：

• 正常分配（或叫快速分配）：

1. 如果分配的是單個(gè)頁(yè)面，考慮從per CPU緩存中分配空間，如果緩存中沒有頁(yè)面，從伙伴系統(tǒng)中提取頁(yè)面做補(bǔ)充。

2. 分配多個(gè)頁(yè)面時(shí)，從指定類型中分配，如果指定類型中沒有足夠的頁(yè)面，從備用類型鏈表中分配。最后會(huì)試探保留類型鏈表。

• 慢速（允許等待和頁(yè)面回收）分配：