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linux内存管理分析7
linux内存管理分析【七】
2012-12-1117:
11:
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6.4内存页的分配
include/linux/gfp.h
staticinlinestructpage*alloc_pages（gfp_tgfp_mask,unsignedintorder）
{
returnalloc_pages_current（gfp_mask,order）;
}
【alloc_pages--->alloc_pages_current】
mm/mempolicy.c
structpage*alloc_pages_current（gfp_tgfp,unsignedorder）
{
structmempolicy*pol=current->mempolicy;
structpage*page;
unsignedintcpuset_mems_cookie;
获取内存分配策略
if（!
pol||in_interrupt（）||（gfp&__GFP_THISNODE））
pol=&default_policy;
retry_cpuset:
cpuset_mems_cookie=get_mems_allowed（）;
if（pol->mode==MPOL_INTERLEAVE）
函数interleave_nodes根据分配策略返回内存分配的结点
page=alloc_page_interleave（gfp,order,interleave_nodes（pol））;
else
在内存域备用列表中分配阶为order的页块
page=__alloc_pages_nodemask（gfp,order,
policy_zonelist（gfp,pol,numa_node_id（））,
policy_nodemask（gfp,pol））;
如果分配不成功就重新尝试分配
if（unlikely（!
put_mems_allowed（cpuset_mems_cookie）&&!
page））
gotoretry_cpuset;
returnpage;
}
【alloc_pages--->alloc_pages_current--->__alloc_pages_nodemask】
mm/page_alloc.c
structpage*__alloc_pages_nodemask（gfp_tgfp_mask,unsignedintorder,
structzonelist*zonelist,nodemask_t*nodemask）
{
enumzone_typehigh_zoneidx=gfp_zone（gfp_mask）;
......
retry_cpuset:
high_zoneidx是参数中指定内存域，函数first_zones_zonelist就是找到该内存域preferred_zone，但在这个内存域中不一定能成功分配指定内存。
程序扫描备用内存域列表zonelist，最后成功分配内存的内存域甚至可能与preferred_zone根本不在一个节点中。
程序会根据这些情况来更新NUMA_HIT，NUMA_MISS，NUMA_FOREIGN这几个统计量。
first_zones_zonelist（zonelist,high_zoneidx,nodemask?
:
&cpuset_current_mems_allowed,&preferred_zone）;
if（!
preferred_zone）
gotoout;
考虑内存限制，指定迁移类型，的情况下快速分配内存
page=get_page_from_freelist（gfp_mask|__GFP_HARDWALL,nodemask,order,zonelist,high_zoneidx,ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET,preferred_zone,migratetype）;
if（unlikely（!
page））
如果分配不成功就降低限制值，启动内存回收机制，然后分配内存
page=__alloc_pages_slowpath（gfp_mask,order,
zonelist,high_zoneidx,nodemask,
preferred_zone,migratetype）;
trace_mm_page_alloc（page,order,gfp_mask,migratetype）;
out:
if（unlikely（!
put_mems_allowed（cpuset_mems_cookie）&&!
page））
gotoretry_cpuset;
returnpage;
}
快速内存分配
【alloc_pages--->alloc_pages_current--->__alloc_pages_nodemask--->get_page_from_freelist】
mm/page_alloc.c
staticstructpage*
get_page_from_freelist（gfp_tgfp_mask,nodemask_t*nodemask,unsignedintorder,
structzonelist*zonelist,inthigh_zoneidx,intalloc_flags,
structzone*preferred_zone,intmigratetype）
{
......
获取preferred_zone的内存区域类型，如ZONE_NORMAL……
classzone_idx=zone_idx（preferred_zone）;
zonelist_scan:
遍历类型值小于high_zoneidx的所欲内存域
for_each_zone_zonelist_nodemask（zone,z,zonelist,
high_zoneidx,nodemask）{
第一次扫描zonelist时zlc_active为0，表示不需要判断内存域Z是否有可分配内存。
if（NUMA_BUILD&&zlc_active&&
!
zlc_zone_worth_trying（zonelist,z,allowednodes））
continue;
如果设置了标志ALLOC_CPUSET，就判断当前CPU是否允许在内存域zone所在结点中分配内存。
if（（alloc_flags&ALLOC_CPUSET）&&
!
cpuset_zone_allowed_softwall（zone,gfp_mask））
continue;
如果设置了低水印标志，并且为写分配页，就检查内存域的赃页是否超过其限制值，如果赃页过多就设置该内存域得满标志
if（（alloc_flags&ALLOC_WMARK_LOW）&&
（gfp_mask&__GFP_WRITE）&&!
zone_dirty_ok（zone））
gotothis_zone_full;
BUILD_BUG_ON（ALLOC_NO_WATERMARKS判断是否检测水印值
if（!
（alloc_flags&ALLOC_NO_WATERMARKS））{
unsignedlongmark;
intret;
数组zone->watermark中记录了该内存域高、中、低三种水印值，下面获取指定所采用的水印值。
mark=zone->watermark[alloc_flags&ALLOC_WMARK_MASK];
检测内存域中空闲页是否符合水印限制
if（zone_watermark_ok（zone,order,mark,
classzone_idx,alloc_flags））
gototry_this_zone;
指定内存域中内存不足，准备到其他内存域中分配内存
if（NUMA_BUILD&&!
did_zlc_setup&&nr_online_nodes>1）{
allowednodes=zlc_setup（zonelist,alloc_flags）;
zlc_active=1;
did_zlc_setup=1;
}
if（zone_reclaim_mode==0）
gotothis_zone_full;
检查当前CPU是否可以在内存域Z所在结点中分配内存，和该内存域是否还有已满。
if（NUMA_BUILD&&zlc_active&&
!
zlc_zone_worth_trying（zonelist,z,allowednodes））
continue;
启用内存回收机制
ret=zone_reclaim（zone,gfp_mask,order）;
switch（ret）{
caseZONE_RECLAIM_NOSCAN:
continue;没有进行回收扫描
caseZONE_RECLAIM_FULL:
continue;扫描了但是没有可回收的页
default:
回收了部分页，查看是否可以满足分配要求
if（!
zone_watermark_ok（zone,order,mark,
classzone_idx,alloc_flags））
gotothis_zone_full;
}
}
try_this_zone:
从zone中分配order阶的页帧
page=buffered_rmqueue（preferred_zone,zone,order,
gfp_mask,migratetype）;
if（page）
break;
this_zone_full:
if（NUMA_BUILD）将内存域z标记为满
zlc_mark_zone_full（zonelist,z）;
}
if（unlikely（NUMA_BUILD&&page==NULL&&zlc_active））{
zlc_active=0;
gotozonelist_scan;
}
returnpage;
}
【alloc_pages--->alloc_pages_current--->__alloc_pages_nodemask--->get_page_from_freelist--->buffered_rmqueue】
mm/page_alloc.c
staticinlinestructpage*buffered_rmqueue（structzone*preferred_zone,
structzone*zone,intorder,gfp_tgfp_flags,
intmigratetype）
{
unsignedlongflags;
structpage*page;
intcold=!
!
（gfp_flags&__GFP_COLD）;
again:
if（likely（order==0））{
structper_cpu_pages*pcp;
structlist_head*list;
local_irq_save（flags）;
获取每CPU缓存管理结构
pcp=&this_cpu_ptr（zone->pageset）->pcp;
获取每CPU缓存中指定迁移类型的链表头
list=&pcp->lists[migratetype];
如果指定迁移类型的链表中没有空闲页帧，就从伙伴系统中分配一批（pcp->batch）页帧到每CPU缓存中来。
if（list_empty（list））{
pcp->count+=rmqueue_bulk（zone,0,
pcp->batch,list,
migratetype,cold）;
if（unlikely（list_empty（list）））
gotofailed;
}
如果分配的是热页就从链表头取页帧，如果分配的是冷页就从链表尾取页帧
if（cold）
page=list_entry（list->prev,structpage,lru）;
else
page=list_entry（list->next,structpage,lru）;
将页帧从每CPU缓存中删除
list_del（&page->lru）;
pcp->count--;减少每CPU缓存计数
}else{
if（unlikely（gfp_flags&__GFP_NOFAIL））{
WARN_ON_ONCE（order>1）;
}
如果分配的是多页就直接从伙伴系统中分配页帧
spin_lock_irqsave（&zone->lock,flags）;
page=__rmqueue（zone,order,migratetype）;
spin_unlock（&zone->lock）;
if（!
page）
gotofailed;
__mod_zone_page_state（zone,NR_FREE_PAGES,-（1<}
__count_zone_vm_events（PGALLOC,zone,1<更新统计量
zone_statistics（preferred_zone,zone,gfp_flags）;
......
failed:
local_irq_restore（flags）;
returnNULL;
}
【alloc_pages--->alloc_pages_current--->__alloc_pages_nodemask--->get_page_from_freelist--->buffered_rmqueue--->rmqueue_bulk】
staticintrmqueue_bulk（structzone*zone,unsignedintorder,
unsignedlongcount,structlist_head*list,
intmigratetype,intcold）
{
intmt=migratetype,i;
spin_lock（&zone->lock）;
从伙伴系统中循环分配指定的页数
for（i=0;i从伙伴系统中分配指定迁移类型的页
structpage*page=__rmqueue（zone,order,migratetype）;
if（unlikely（page==NULL））
break;
如果分配热页就将分配到的页链接到链表的头部，如果是冷页就将其链接到链表尾
if（likely（cold==0））
list_add（&page->lru,list）;
else
list_add_tail（&page->lru,list）;
if（IS_ENABLED（CONFIG_CMA））{
获取页的迁移类型
mt=get_pageblock_migratetype（page）;
if（!
is_migrate_cma（mt）&&mt!
=MIGRATE_ISOLATE）
mt=migratetype;
}
设置页的迁移类型
set_page_private（page,mt）;
list=&page->lru;
}
更新状态统计信息
__mod_zone_page_state（zone,NR_FREE_PAGES,-（i<spin_unlock（&zone->lock）;
returni;
}
【alloc_pages--->alloc_pages_current--->__alloc_pages_nodemask--->get_page_from_freelist--->buffered_rmqueue--->rmqueue_bulk--->__rmqueue】
staticstructpage*__rmqueue（structzone*zone,unsignedintorder,intmigratetype）
{
structpage*page;
retry_reserve:
在内存域zone的空闲列表中，扫描order及以上的各阶，分配迁移类型为migratetype阶为order的页。
page=__rmqueue_smallest（zone,order,migratetype）;
如果没有分配到指定的页，就调用函数__rmqueue_fallback从迁移类型备用列表中分配满足要求的页
if（unlikely（!
page）&&migratetype!
=MIGRATE_RESERVE）{
page=__rmqueue_fallback（zone,order,migratetype）;
if（!
page）{
migratetype=MIGRATE_RESERVE;
gotoretry_reserve;
}
}
trace_mm_page_alloc_zone_locked（page,order,migratetype）;
returnpage;
}
【alloc_pages--->alloc_pages_current--->__alloc_pages_nodemask--->get_page_from_freelist--->buffered_rmqueue--->rmqueue_bulk--->__rmqueue--->__rmqueue_smallest】
staticinlinestructpage*__rmqueue_smallest（structzone*zone,unsignedintorder,
intmigratetype）
{
unsignedintcurrent_order;
structfree_area*area;
structpage*page;
遍历order以上的每一个分配阶，直到找到有迁移类型为migratetype的空闲页块为止。
for（current_order=order;current_orderarea=&（zone->free_area[current_order]）;
if（list_empty（&area->free_list[migratetype]））
continue;
page=list_entry（area->free_list[migratetype].next,
structpage,lru）;
将页从链表中删除
list_del（&page->lru）;
删除伙伴系统标志，将页阶设为0
rmv_page_order（page）;
递减相应链表的空闲页计数
area->nr_free--;
将高阶页块拆为低阶页块连接到低阶空闲链表中
expand（zone,page,order,current_order,area,migratetype）;
returnpage;
}
returnNULL;
}
【alloc_pages--->alloc_pages_current--->__alloc_pages_nodemask--->get_page_from_freelist--->buffered_rmqueue--->rmqueue_bulk--->__rmqueue--->__rmqueue_smallest--->expand】
staticinlinevoidexpand（structzone*zone,structpage*page,
intlow,inthigh,structfree_area*area,
intmigratetype）
{
unsignedlongsize=1<Low是将要分配的页块的阶，high是找到的有空闲页快的阶。
将高阶页块拆分为低阶页块链接到低阶空闲链表中去。
while（high>low）{
area--;
high--;
size>>=1;
list_add（&page[size].lru,&area->free_list[migratetype]）;
area->nr_free++;增加相应阶空闲页计数
set_page_order（&page[size],high）;设置首页阶数
}
}
【alloc_pages--->alloc_pages_current--->__alloc_pages_nodemask--->get_page_from_freelist--->buffered_rmqueue--->rmqueue_bulk--->__rmqueue--->__rmqueue_fallback】
staticinlinestructpage*__rmqueue_fallback（structzone*zone,intorder,intstart_migratetype）
{
structfree_area*area;
intcurrent_order;
structpage*page;
intmigratetype,i;
函数__rmqueue_smallest中没有分配到指定迁移类型的页块。
在函数__rmqueue_fallback中就要从其他迁移类型的链表中取来一个页块，转化为指定迁移类型。
为了避免引起内存碎片，在转化迁移类型时尽量挑大的内存块。
for（current_order=MAX_ORDER-1;current_order>=order;
--current_order）{
for（i=0;;i++）{
数组Fallbacks[]是一个迁移类型相关的表，它记录了，如果在一种指定迁移类型中没有找到空闲页块，接下来该到那种迁移类型的链表中去分配空闲页块
migratetype=fallbacks[start_migratetype][i];
if（migratetype==MIGRATE_RESERVE）
break;
到对应页阶中去找对应迁移类型的链表。
area=&（zone->free_area[current_order]）;
if（list_empty（&area->free_list[migratetype]））
continue;
page=list_entry（area->free_list[migratetype].next,
structpage,lru）;
area->nr_free--;
pageblock
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