Buddy内存管理机制（下）

　　作者简介：伟林，中年码农，从事过电信、手机、安全、芯片等行业，目前依旧从事Linux方向开发工作，个人爱好Linux相关知识分享。内存释放内存分配gfpmasknode候选策略zone候选策略zonefallback策略lowmemreserve机制orderfallback策略migratetype候选策略migratefallback策略reclaimwatermarkreclaim方式allocpages（）内存释放
　　Buddy系统中，相比较内存的分配，内存的释放过程更简单，我们先来解析这部分。
　　这里体现了Buddy的核心思想：在内存释放时判断其buddy兄弟page是不是order大小相等的freepage，如果是则合并成更高一阶order。这样的目的是最大可能的减少内存碎片化。
　　内存释放最后都会落到freepages（）函数：voidfreepages（structpagepage，unsignedintorder）｛（1）对pagerefcount减1后并判断是否为0如果引用计数为0了，说明可以释放page了if（putpagetestzero（page））freethepage（page，order）；｝staticinlinevoidfreethepage（structpagepage，unsignedintorder）｛（1）单个page首先尝试释放到pcpif（order0）Viapcp？freeunrefpage（page）；（2）大于1的2order个page，释放到orderfreearea当中elsefreepagesok（page，order）；｝staticvoidfreepagesok（structpagepage，unsignedintorder）｛unsignedlongflags；intmigratetype；unsignedlongpfnpagetopfn（page）；（2。1）page释放前的一些动作：清理一些成员做一些检查执行一些回调函数if（！freepagesprepare（page，order，true））return；（2。2）获取到page所在pageblock的migratetype当前page会被释放到对应orderfreearea的对应migratefreelist链表当中migratetypegetpfnblockmigratetype（page，pfn）；localirqsave（flags）；countvmevents（PGFREE，1order）；（2。3）向zone中释放pagefreeonepage（pagezone（page），page，pfn，order，migratetype）；localirqrestore（flags）；｝freeonepage（）staticinlinevoidfreeonepage（structpagepage，unsignedlongpfn，structzonezone，unsignedintorder，intmigratetype）｛unsignedlongcombinedpfn；unsignedlonguninitializedvar（buddypfn）；structpagebuddy；unsignedintmaxorder；maxordermint（unsignedint，MAXORDER，pageblockorder1）；VMBUGON（！zoneisinitialized（zone））；VMBUGONPAGE（pageflagsPAGEFLAGSCHECKATPREP，page）；VMBUGON（migratetype1）；if（likely（！ismigrateisolate（migratetype）））modzonefreepagestate（zone，1order，migratetype）；VMBUGONPAGE（pfn（（1order）1），page）；VMBUGONPAGE（badrange（zone，page），page）；continuemerging：（2。3。1）尝试对释放的（2order）长度的page进行逐级向上合并while（ordermaxorder1）｛（2。3。1。1）得到当前释放的（2order）长度page对应的buddy伙伴page指针计算伙伴buddy使用和（1order）进行异或：（0order）pfn对应的伙伴page为（1order）pfn，（1order）pfn对应的伙伴page为（0order）pfnbuddypfnfindbuddypfn（pfn，order）；buddypage（buddypfnpfn）；if（！pfnvalidwithin（buddypfn））gotodonemerging；（2。3。1。2）判断伙伴page的是否是buddy状态：是否是free状态在buddy系统中（pagemapcountPAGEBUDDYMAPCOUNTVALUE）当前的freeorder和要释放的order相等（pageprivateorder）if（！pageisbuddy（page，buddy，order））gotodonemerging；OurbuddyisfreeoritisCONFIGDEBUGPAGEALLOCguardpage，mergewithitandmoveuponeorder。if（pageisguard（buddy））｛clearpageguard（zone，buddy，order，migratetype）；｝else｛（2。3。1。3）如果满足合并的条件，则准备开始合并把伙伴page从原freelist中删除listdel（buddylru）；zonefreearea〔order〕。nrfree；清理page中保存的order信息：pagemapcount1pageprivate0rmvpageorder（buddy）；｝（2。3。1。4）组成了更高一级order的空闲内存combinedpfnbuddypfnpfn；pagepage（combinedpfnpfn）；pfncombinedpfn；order；｝if（maxorderMAXORDER）｛Ifwearehere，itmeansorderispageblockorder。如果在这里，意味着orderpageblockorder。Wewanttopreventmergebetweenfreepagesonisolatepageblockandnormalpageblock。Withoutthis，pageblockisolationcouldcauseincorrectfreepageorCMAaccounting。我们要防止隔离页面块和正常页面块上的空闲页面合并。否则，页面块隔离可能导致不正确的空闲页面或CMA计数。Wedontwanttohitthiscodeforthemorefrequentlowordermerging。我们不想命中此代码进行频繁的低阶合并。if（unlikely（hasisolatepageblock（zone）））｛intbuddymt；buddypfnfindbuddypfn（pfn，order）；buddypage（buddypfnpfn）；buddymtgetpageblockmigratetype（buddy）；if（migratetype！buddymt（ismigrateisolate（migratetype）ismigrateisolate（buddymt）））gotodonemerging；｝maxorder；gotocontinuemerging；｝（2。3。2）开始挂载合并成order的空闲内存donemerging：（2。3。2。1）page中保存order大小：pagemapcountPAGEBUDDYMAPCOUNTVALUE（128）pageprivateordersetpageorder（page，order）；Ifthisisnotthelargestpossiblepage，checkifthebuddyofthenexthighestorderisfree。Ifitis，itspossiblethatpagesarebeingfreedthatwillcoalescesoon。Incase，thatishappening，addthefreepagetothetailofthelistsoitslesslikelytobeusedsoonandmorelikelytobemergedasahigherorderpage如果这不是最大的页面，请检查倒数第二个order的伙伴是否空闲。如果是这样，则可能是页面即将被释放，即将合并。万一发生这种情况，请将空闲页面添加到列表的末尾，这样它就不太可能很快被使用，而更有可能被合并为高阶页面（2。3。2。2）将空闲page加到对应order链表的尾部if（（orderMAXORDER2）pfnvalidwithin（buddypfn））｛structpagehigherpage，higherbuddy；combinedpfnbuddypfnpfn；higherpagepage（combinedpfnpfn）；buddypfnfindbuddypfn（combinedpfn，order1）；higherbuddyhigherpage（buddypfncombinedpfn）；if（pfnvalidwithin（buddypfn）pageisbuddy（higherpage，higherbuddy，order1））｛listaddtail（pagelru，zonefreearea〔order〕。freelist〔migratetype〕）；gotoout；｝｝（2。3。2。3）将空闲page加到对应order链表的开始listadd（pagelru，zonefreearea〔order〕。freelist〔migratetype〕）；out：zonefreearea〔order〕。nrfree；｝
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　　PageBuddy（）用来判断page是否在buddy系统中，还有很多类似的page操作函数都定义在pageflags。h当中：linuxsource4。15。0includelinuxpageflags。h：definePAGEMAPCOUNTOPS（uname，lname）staticalwaysinlineintPageuname（structpagepage）｛returnatomicread（pagemapcount）PAGElnameMAPCOUNTVALUE；｝staticalwaysinlinevoidSetPageuname（structpagepage）｛VMBUGONPAGE（atomicread（pagemapcount）！1，page）；atomicset（pagemapcount，PAGElnameMAPCOUNTVALUE）；｝staticalwaysinlinevoidClearPageuname（structpagepage）｛VMBUGONPAGE（！Pageuname（page），page）；atomicset（pagemapcount，1）；｝PageBuddy（）indicatethatthepageisfreeandinthebuddysystem（seemmpagealloc。c）。definePAGEBUDDYMAPCOUNTVALUE（128）PAGEMAPCOUNTOPS（Buddy，BUDDY）
　　对于单个page，会首先释放到percpu缓存中：startkernel（）mminit（）meminit（）freeallbootmem（）freelowmemorycoreearly（）freememorycore（）freepagesmemory（）freepagesbootmem（）freepages（）freethepage（）freeunrefpage（）：voidfreeunrefpage（structpagepage）｛unsignedlongflags；unsignedlongpfnpagetopfn（page）；（1）一些初始化准备工作pageindexmigratetype；if（！freeunrefpageprepare（page，pfn））return；localirqsave（flags）；（2）释放page到pcp中freeunrefpagecommit（page，pfn）；localirqrestore（flags）；｝staticvoidfreeunrefpagecommit（structpagepage，unsignedlongpfn）｛structzonezonepagezone（page）；structpercpupagespcp；intmigratetype；（2。1）migratetypepageindexmigratetypegetpcppagemigratetype（page）；countvmevent（PGFREE）；（2。2）对于某些migratetype的特殊处理if（migratetypeMIGRATEPCPTYPES）｛（2。2。1）对于isolate类型，free到全局的freelist中if（unlikely（ismigrateisolate（migratetype）））｛freeonepage（zone，page，pfn，0，migratetype）；return；｝migratetypeMIGRATEMOVABLE；｝（2。3）获取到zone当前cpupcp的链表头pcpthiscpuptr（zonepageset）pcp；（2。4）将空闲的单page加入到pcp对应链表中listadd（pagelru，pcplists〔migratetype〕）；pcpcount；（2。5）如果pcp中的page数量过多（大于pcphigh），释放pcpbatch个page到全局freelist当中去if（pcpcountpcphigh）｛unsignedlongbatchREADONCE（pcpbatch）；freepcppagesbulk（zone，batch，pcp）；pcpcountbatch；｝｝
　　pcphigh和pcpbatch的赋值过程：startkernel（）setuppercpupageset（）setupzonepageset（）zonepagesetinit（）pagesetsethighandbatch（）：staticintzonebatchsize（structzonezone）｛batch的大小（zonesize（10244））（32）batchzonemanagedpages1024；if（batchPAGESIZE5121024）batch（5121024）PAGESIZE；batch4；Weeffectively4belowif（batch1）batch1；batchrounddownpowoftwo（batchbatch2）1；returnbatch；｝staticvoidpagesetsetbatch（structpercpupagesetp，unsignedlongbatch）｛high6batchpagesetupdate（ppcp，6batch，max（1UL，1batch））；｝内存分配
　　相比较释放，内存分配的策略要复杂的多，要考虑的因素也多很多，让我们一一来解析。gfpmask
　　gfpmask是GFP（GetFreePage）相关的一系列标志，控制了分配page的一系列行为。
　　node候选策略
　　在NUMA的情况下，会有多个memorynode可供选择，系统会根据policy选择当前分配的node。allocpages（）allocpagescurrent（）：structpageallocpagescurrent（gfptgfp，unsignedorder）｛（1。1）使用默认NUMA策略structmempolicypoldefaultpolicy；structpagepage；（1。2）获取当前进程的NUMA策略if（！ininterrupt（）！（gfpGFPTHISNODE））polgettaskpolicy（current）；Noreferencecountingneededforcurrentmempolicynorsystemdefaultpolicyif（polmodeMPOLINTERLEAVE）pageallocpageinterleave（gfp，order，interleavenodes（pol））；else（2）从NUMA策略指定的首选node和备选node组上，进行内存页面的分配pageallocpagesnodemask（gfp，order，policynode（gfp，pol，numanodeid（）），policynodemask（gfp，pol））；returnpage；｝zone候选策略
　　Buddy系统中对每一个node定义了多个类型的zone：enumzonetype｛ZONEDMA，ZONEDMA32，ZONENORMAL，ZONEHIGHMEM，ZONEMOVABLE，ZONEDEVICE，MAXNRZONES｝；
　　gfpmask中也定义了一系列选择zone的flag：Physicaladdresszonemodifiers（seelinuxmmzone。hlowfourbits）defineGFPDMA（（forcegfpt）GFPDMA）defineGFPHIGHMEM（（forcegfpt）GFPHIGHMEM）defineGFPDMA32（（forcegfpt）GFPDMA32）defineGFPMOVABLE（（forcegfpt）GFPMOVABLE）ZONEMOVABLEalloweddefineGFPZONEMASK（GFPDMAGFPHIGHMEMGFPDMA32GFPMOVABLE）
　　怎么样根据gfpmask中的zonemodifiers来选择分配锁使用的zone呢？系统设计了一套算法来进行转换：
　　具体的代码如下：allocpages（）allocpagescurrent（）allocpagesnodemask（）prepareallocpages（）gfpzone（）：staticinlineenumzonetypegfpzone（gfptflags）｛enumzonetypez；（1）gfp标志中低4位为zonemodifiersintbit（forceint）（flagsGFPZONEMASK）；（2）查表得到最后的候选zone内核规定GFPDMA，GFPHIGHMEM和GFPDMA32其两个或全部不能同时存在于gfp标志中z（GFPZONETABLE（bitGFPZONESSHIFT））（（1GFPZONESSHIFT）1）；VMBUGON（（GFPZONEBADbit）1）；returnz；｝defineGFPZONETABLE（（ZONENORMAL0GFPZONESSHIFT）（OPTZONEDMAGFPDMAGFPZONESSHIFT）（OPTZONEHIGHMEMGFPHIGHMEMGFPZONESSHIFT）（OPTZONEDMA32GFPDMA32GFPZONESSHIFT）（ZONENORMALGFPMOVABLEGFPZONESSHIFT）（OPTZONEDMA（GFPMOVABLEGFPDMA）GFPZONESSHIFT）（ZONEMOVABLE（GFPMOVABLEGFPHIGHMEM）GFPZONESSHIFT）（OPTZONEDMA32（GFPMOVABLEGFPDMA32）GFPZONESSHIFT））defineGFPZONEBAD（1（GFPDMAGFPHIGHMEM）1（GFPDMAGFPDMA32）1（GFPDMA32GFPHIGHMEM）1（GFPDMAGFPDMA32GFPHIGHMEM）1（GFPMOVABLEGFPHIGHMEMGFPDMA）1（GFPMOVABLEGFPDMA32GFPDMA）1（GFPMOVABLEGFPDMA32GFPHIGHMEM）1（GFPMOVABLEGFPDMA32GFPDMAGFPHIGHMEM））zonefallback策略
　　通过上述的候选策略，我们选定了内存分配的node和zone，然后开始分配。如果分配失败，我们并不会马上启动内存回收，而是通过fallback机制尝试从其他低级的zone中看看能不能借用一些内存。
　　fallback的借用，只能从高级到低级的借用，而不能从低级到高级的借用。比如：原本想分配Normalzone的内存，失败的情况下可以尝试从DMA32zone中分配内存，因为能用normalzone地址范围的内存肯定也可以用DMA32zone地址范围的内存。但是反过来就不行，原本需要DMA32zone地址范围的内存，你给他一个normalzone的内存，地址超过了4G，可能就超过了DMA设备的寻址能力。
　　系统还定义了一个GFPTHISNODE标志，用来限制fallback时只能在本node上寻找合适的低级zone。否则会在所有node上寻找合适的低级zone。
　　该算法的具体实现如下：1、每个node定义了fallback时用到的候选zone链表：pgdatnodezonelists〔ZONELISTFALLBACK〕跨nodeFALLBACK机制生效，用来链接所有node的所有zonepgdatnodezonelists〔ZONELISTNOFALLBACK〕如果gfpmask设置了GFPTHISNODE标志，跨nodeFALLBACK机制失效，用来链接本node的所有zone
　　系统启动时初始化这些链表：startkernel（）buildallzonelists（）buildallzonelists（）buildzonelists（）buildzonelistsinnodeorder（）buildthisnodezonelists（）buildzonerefsnode（）：
　　2、内存分配时确定使用的fallback链表：allocpages（）allocpagescurrent（）allocpagesnodemask（）prepareallocpages（）nodezonelist（）：staticinlinestructzonelistnodezonelist（intnid，gfptflags）｛（1）根据fallback机制是否使能，来选择候选zone链表returnNODEDATA（nid）nodezonelistsgfpzonelist（flags）；｝staticinlineintgfpzonelist（gfptflags）｛ifdefCONFIGNUMA（1。1）如果gfpmask指定了GFPTHISNODE，则跨nodefallback机制失效if（unlikely（flagsGFPTHISNODE））returnZONELISTNOFALLBACK；endif（1。2）否则，跨nodefallback机制生效returnZONELISTFALLBACK；｝allocpages（）allocpagescurrent（）allocpagesnodemask（）finaliseac（）：staticinlinevoidfinaliseac（gfptgfpmask，unsignedintorder，structalloccontextac）｛Dirtyzonebalancingonlydoneinthefastpathacspreaddirtypages（gfpmaskGFPWRITE）；（2）从fallbacklist中选取最佳候选zone，即本node的符合zonetype条件的最高zoneacpreferredzonereffirstzoneszonelist（aczonelist，achighzoneidx，acnodemask）；｝3、从原有zone分配失败时，尝试从fallbackzone中分配内存：allocpages（）allocpagescurrent（）allocpagesnodemask（）getpagefromfreelist（）：staticstructpagegetpagefromfreelist（gfptgfpmask，unsignedintorder，intallocflags，conststructalloccontextac）｛structzonerefzacpreferredzoneref；structzonezone；（1）如果分配失败，遍历fallbacklist中的zone，逐个尝试分配fornextzonezonelistnodemask（zone，z，aczonelist，achighzoneidx，acnodemask）｛｝｝lowmemreserve机制
　　承接上述的fallback机制，高等级的zone可以借用低等级zone的内存。但是从理论上说，低等级的内存更加的宝贵因为它的空间更小，如果被高等级的侵占完了，那么用户需要低层级内存的时候就会分配失败。
　　为了解决这个问题，系统给每个zone能够给其他高等级zone借用的内存设置了一个预留值，可以借用内存但是本zone保留的内存不能小于这个值。
　　我们可以通过命令来查看每个zone的lowmemreserve大小设置，protection字段描述了本zone给其他zone借用时必须保留的内存：pwlubuntu：catproczoneinfoNode0，zoneDMApagesfree3968min67low83high99spanned4095present3997managed3976本zone为DMA给DMAzone借用时必须保留0pages给DMA32zone借用时必须保留2934pages给NormalMovableDevicezone借用时必须保留3859pagesprotection：（0，2934，3859，3859，3859）Node0，zoneDMA32pagesfree418978min12793low15991high19189spanned1044480present782288managed759701本zone为DMA32给DMADMA32zone借用时必须保留0pages给NormalMovableDevicezone借用时必须保留925pagesprotection：（0，0，925，925，925）nrfreepages418978Node0，zoneNormalpagesfree4999min4034low5042high6050spanned262144present262144managed236890本zone为Normal因为MovableDevicezone大小为0，所以给所有zone借用时必须保留0pagesprotection：（0，0，0，0，0）Node0，zoneMovablepagesfree0min0low0high0spanned0present0managed0protection：（0，0，0，0，0）Node0，zoneDevicepagesfree0min0low0high0spanned0present0managed0protection：（0，0，0，0，0）
　　可以通过lowmemreserveratio来调节这个值的大小：pwlubuntu：catprocsysvmlowmemreserveratio2562563200orderfallback策略
　　Buddy系统中对每一个zone又细分了多个order的freearea：ifndefCONFIGFORCEMAXZONEORDERdefineMAXORDER11elsedefineMAXORDERCONFIGFORCEMAXZONEORDERendif
　　如果在对应order的freearea中找不多free内存的话，会逐个往高级别orderfreearea中查找，直至maxorder。
　　对高级别order的freelist，会被分割成多个低级别order的freelist。migratetype候选策略
　　Buddy系统中对每一个zone中的每一个orderfreearea又细分了多个migratetype：enummigratetype｛MIGRATEUNMOVABLE，MIGRATEMOVABLE，MIGRATERECLAIMABLE，MIGRATEPCPTYPES，thenumberoftypesonthepcplistsMIGRATEHIGHATOMICMIGRATEPCPTYPES，MIGRATECMA，MIGRATEISOLATE，cantallocatefromhereMIGRATETYPES｝；
　　gfpmask中也定义了一系列选择migratetype的flag：defineGFPMOVABLE（（forcegfpt）GFPMOVABLE）ZONEMOVABLEalloweddefineGFPRECLAIMABLE（（forcegfpt）GFPRECLAIMABLE）defineGFPMOVABLEMASK（GFPRECLAIMABLEGFPMOVABLE）
　　根据gfpmask转换成migratetype的代码如下：allocpages（）allocpagescurrent（）allocpagesnodemask（）prepareallocpages（）gfpflagstomigratetype（）：staticinlineintgfpflagstomigratetype（constgfptgfpflags）｛VMWARNON（（gfpflagsGFPMOVABLEMASK）GFPMOVABLEMASK）；BUILDBUGON（（1ULGFPMOVABLESHIFT）！GFPMOVABLE）；BUILDBUGON（（GFPMOVABLEGFPMOVABLESHIFT）！MIGRATEMOVABLE）；if（unlikely（pagegroupbymobilitydisabled））returnMIGRATEUNMOVABLE；Groupbasedonmobility（1）转换的结果仅为3种类型：MIGRATEUNMOVABLEMIGRATEMOVABLEMIGRATERECLAIMABLEreturn（gfpflagsGFPMOVABLEMASK）GFPMOVABLESHIFT；｝migratefallback策略
　　在指定migratetype的order和大于order的freelist分配失败时，可以从同一zone的其他migratetypefreelist中偷取内存。staticintfallbacks〔MIGRATETYPES〕〔4〕｛〔MIGRATEUNMOVABLE〕｛MIGRATERECLAIMABLE，MIGRATEMOVABLE，MIGRATETYPES｝，〔MIGRATERECLAIMABLE〕｛MIGRATEUNMOVABLE，MIGRATEMOVABLE，MIGRATETYPES｝，〔MIGRATEMOVABLE〕｛MIGRATERECLAIMABLE，MIGRATEUNMOVABLE，MIGRATETYPES｝，ifdefCONFIGCMA〔MIGRATECMA〕｛MIGRATETYPES｝，NeverusedendififdefCONFIGMEMORYISOLATION〔MIGRATEISOLATE〕｛MIGRATETYPES｝，Neverusedendif｝；
　　fallbacks〔〕数组定义了当前migrate可以从偷取哪些其他migrate的空闲内存，基本就是MIGRATEUNMOVABLE、MIGRATERECLAIMABLE、MIGRATEMOVABLE可以相互偷取。
　　具体的代码如下：allocpages（）allocpagescurrent（）allocpagesnodemask（）getpagefromfreelist（）rmqueue（）rmqueue（）rmqueuefallback（）：reclaimwatermark
　　分配时如果freelist中现有的内存不能满足需求，则会启动内充回收。系统对每个zone定义了三种内存水位highlowmin，针对不同的水位采取不同的回收策略：pwlubuntu：catproczoneinfoNode0，zoneDMApagesfree3968min67low83high99
　　具体三种水位的回收策略如下：reclaim方式
　　系统设计了几种回收内存的手段：allocpages（）
　　Buddy内存分配的核心代码实现。allocpages（）allocpagescurrent（）allocpagesnodemask（）：structpageallocpagesnodemask（gfptgfpmask，unsignedintorder，intpreferrednid，nodemasktnodemask）｛structpagepage；（1。1）默认的允许水位为lowunsignedintallocflagsALLOCWMARKLOW；gfptallocmask；Thegfptthatwasactuallyusedforallocationstructalloccontextac｛｝；Thereareseveralplaceswhereweassumethattheordervalueissanesobailoutearlyiftherequestisoutofbound。（1。2）order长度的合法性判断if（unlikely（orderMAXORDER））｛WARNONONCE（！（gfpmaskGFPNOWARN））；returnNULL；｝（1。3）gfpmask的过滤gfpmaskgfpallowedmask；allocmaskgfpmask；（1。4）根据gfpmask，决定的highzoneidx、候选zonelist、migratetypeif（！prepareallocpages（gfpmask，order，preferrednid，nodemask，ac，allocmask，allocflags））returnNULL；（1。5）挑选第一个合适的zonefinaliseac（gfpmask，order，ac）；Firstallocationattempt（2）第1次分配：使用low水位尝试直接从freelist分配pagepagegetpagefromfreelist（allocmask，order，allocflags，ac）；if（likely（page））gotoout；Applyscopedallocationconstraints。ThisismainlyaboutGFPNOFSresp。GFPNOIOwhichhastobeinheritedforallallocationrequestsfromaparticularcontextwhichhasbeenmarkedbymemallocno｛fs，io｝｛save，restore｝。（3。1）如果使用memallocno｛fs，io｝｛save，restore｝设置了NOFS和NOIO从currentflags解析出相应的值，用来清除gfpmask中相应的GFPFS和GFPIO标志allocmaskcurrentgfpcontext（gfpmask）；ac。spreaddirtypagesfalse；Restoretheoriginalnodemaskifitwaspotentiallyreplacedwithcpusetcurrentmemsallowedtooptimizethefastpathattempt。（3。2）恢复原有的nodemaskif（unlikely（ac。nodemask！nodemask））ac。nodemasknodemask；（4）慢速分配路径：使用min水位，以及各种手段进行内存回收后，再尝试分配内存pageallocpagesslowpath（allocmask，order，ac）；out：if（memcgkmemenabled（）（gfpmaskGFPACCOUNT）pageunlikely（memcgkmemcharge（page，gfpmask，order）！0））｛freepages（page，order）；pageNULL；｝tracemmpagealloc（page，order，allocmask，ac。migratetype）；returnpage；｝staticinlineboolprepareallocpages（gfptgfpmask，unsignedintorder，intpreferrednid，nodemasktnodemask，structalloccontextac，gfptallocmask，unsignedintallocflags）｛（1。4。1）根据gfpmask，获取到可能的最高优先级的zoneachighzoneidxgfpzone（gfpmask）；（1。4。2）根据gfpmask，获取到可能候选node的所有zone链表aczonelistnodezonelist（preferrednid，gfpmask）；acnodemasknodemask；（1。4。3）根据gfpmask，获取到migratetypeMIGRATEUNMOVABLEMIGRATEMOVABLEMIGRATERECLAIMABLEacmigratetypegfpflagstomigratetype（gfpmask）；（1。4。4）如果cpusetcgroup使能，设置相应标志位if（cpusetsenabled（））｛allocmaskGFPHARDWALL；if（！acnodemask）acnodemaskcpusetcurrentmemsallowed；elseallocflagsALLOCCPUSET；｝（1。4。5）如果指定了GFPFS，则尝试获取fs锁fsreclaimacquire（gfpmask）；fsreclaimrelease（gfpmask）；（1。4。6）如果指定了GFPDIRECTRECLAIM，判断当前是否是非原子上下文可以睡眠mightsleepif（gfpmaskGFPDIRECTRECLAIM）；if（shouldfailallocpage（gfpmask，order））returnfalse；（1。4。7）让MIGRATEMOVABLE可以使用MIGRATECMA区域if（ISENABLED（CONFIGCMA）acmigratetypeMIGRATEMOVABLE）allocflagsALLOCCMA；returntrue；｝getpagefromfreelist（）
　　第一次的快速内存分配，和后续的慢速内存分配，最后都是调用getpagefromfreelist（）从freelist中获取内存。staticstructpagegetpagefromfreelist（gfptgfpmask，unsignedintorder，intallocflags，conststructalloccontextac）｛structzonerefzacpreferredzoneref；structzonezone；structpglistdatalastpgdatdirtylimitNULL；（2。5。1）轮询fallbackzonelist链表，在符合条件（idxhighzoneidx）的zone中尝试分配内存fornextzonezonelistnodemask（zone，z，aczonelist，achighzoneidx，acnodemask）｛structpagepage；unsignedlongmark；if（cpusetsenabled（）（allocflagsALLOCCPUSET）！cpusetzoneallowed（zone，gfpmask））continue；（2。5。2）如果GFPWRITE指示了分配页的用途是dirty，平均分布脏页查询node上分配的脏页是否超过限制，超过则换nodeif（acspreaddirtypages）｛if（lastpgdatdirtylimitzonezonepgdat）continue；if（！nodedirtyok（zonezonepgdat））｛lastpgdatdirtylimitzonezonepgdat；continue；｝｝（2。5。3）获取当前分配能超越的水位线markzonewatermark〔allocflagsALLOCWMARKMASK〕；（2。5。4）判断当前zone中的freepage是否满足条件：1、totalfreepage（2order）watermarklowmemreserve2、是否有符合要求的长度为（2order）的连续内存if（！zonewatermarkfast（zone，order，mark，acclasszoneidx（ac），allocflags））｛intret；（2。5。5）如果没有足够的free内存，则进行下列的判断CheckedheretokeepthefastpathfastBUILDBUGON（ALLOCNOWATERMARKSNRWMARK）；（2。5。6）如果可以忽略水位线，则直接进行分配尝试if（allocflagsALLOCNOWATERMARKS）gototrythiszone；if（nodereclaimmode0！zoneallowsreclaim（acpreferredzonerefzone，zone））continue；（2。5。7）快速内存回收尝试回收（2order）个page快速回收不能进行unmap，writeback操作，回收priority为4，即最多尝试调用shrinknode进行回收的次数为priority值在nodereclaim（）中使用以下scancontrol参数来调用shrinknode（），structscancontrolsc｛。nrtoreclaimmax（nrpages，SWAPCLUSTERMAX），。gfpmaskcurrentgfpcontext（gfpmask），。orderorder，。priorityNODERECLAIMPRIORITY，。maywritepage！！（nodereclaimmodeRECLAIMWRITE），默认为0。mayunmap！！（nodereclaimmodeRECLAIMUNMAP），默认为0。mayswap1，。reclaimidxgfpzone（gfpmask），｝；retnodereclaim（zonezonepgdat，gfpmask，order）；switch（ret）｛caseNODERECLAIMNOSCAN：didnotscancontinue；caseNODERECLAIMFULL：scannedbutunreclaimablecontinue；default：didwereclaimenough（2。5。8）如果回收成功，重新判断空闲内存是否已经足够if（zonewatermarkok（zone，order，mark，acclasszoneidx（ac），allocflags））gototrythiszone；continue；｝｝trythiszone：（2。5。9）满足条件，尝试实际的从freelist中摘取（2order）个pagepagermqueue（acpreferredzonerefzone，zone，order，gfpmask，allocflags，acmigratetype）；if（page）｛（2。5。10）分配到内存后，对structpage的一些处理prepnewpage（page，order，gfpmask，allocflags）；if（unlikely（order（allocflagsALLOCHARDER）））reservehighatomicpageblock（page，zone，order）；returnpage；｝｝returnNULL；｝staticinlineboolzonewatermarkfast（structzonez，unsignedintorder，unsignedlongmark，intclasszoneidx，unsignedintallocflags）｛（2。5。4。1）获取当前zone中freepage的数量longfreepageszonepagestate（z，NRFREEPAGES）；longcmapages0；ifdefCONFIGCMAIfallocationcantuseCMAareasdontusefreeCMApagesif（！（allocflagsALLOCCMA））cmapageszonepagestate（z，NRFREECMAPAGES）；endif（2。5。4。2）对order0的长度，进行快速检测free内存是否够用if（！order（freepagescmapages）markzlowmemreserve〔classzoneidx〕）returntrue；（2。5。4。3）慢速检测free内存是否够用returnzonewatermarkok（z，order，mark，classzoneidx，allocflags，freepages）；｝boolzonewatermarkok（structzonez，unsignedintorder，unsignedlongmark，intclasszoneidx，unsignedintallocflags，longfreepages）｛longminmark；into；constboolallocharder（allocflags（ALLOCHARDERALLOCOOM））；freepagesmaygonegativethatsOK（2。5。4。3。1）首先用freepage总数减去需要的order长度，判断剩下的长度是不是还超过水位线freepages（1order）1；（2。5。4。3。2）如果是优先级高，水位线可以减半if（allocflagsALLOCHIGH）minmin2；IfthecallerdoesnothaverightstoALLOCHARDERthensubtractthehighatomicreserves。Thiswilloverestimatethesizeoftheatomicreservebutitavoidsasearch。（2。5。4。3。3）非harder类的分配，free内存还需预留nrreservedhighatomic的内存if（likely（！allocharder））｛freepagesznrreservedhighatomic；（2。5。4。3。4）harder类的分配，非常紧急了，水位线还可以继续减半缩小｝else｛OOMvictimscantryevenharderthannormalALLOCHARDERusersonthegroundsthatitsdefinitelygoingtobeintheexitpathshortlyandfreememory。Anyallocationitmakesduringthefreepathwillbesmallandshortlived。if（allocflagsALLOCOOM）minmin2；elseminmin4；｝ifdefCONFIGCMAIfallocationcantuseCMAareasdontusefreeCMApages（2。5。4。3。5）非CMA的分配，free内存还需预留CMA内存if（！（allocflagsALLOCCMA））freepageszonepagestate（z，NRFREECMAPAGES）；endifCheckwatermarksforanorder0allocationrequest。Ifthesearenotmet，thenahighorderrequestalsocannotgoaheadevenifasuitablepagehappenedtobefree。（2。5。4。3。6）free内存还要预留（水位内存lowmemreserve〔classzoneidx〕）如果减去上述所有的预留内存内存后，还大于请求的order长度，说明当前zone中的free内存总长度满足请求分配的order但是有没有符合要求的长度为（2order）的连续内存，还要进一步查找判断if（freepagesminzlowmemreserve〔classzoneidx〕）returnfalse；Ifthisisanorder0requestthenthewatermarkisfine（2。5。4。3。7）如果order为0，不用进一步判断了，总长度满足，肯定能找到合适长度的pageif（！order）returntrue；Forahighorderrequest，checkatleastonesuitablepageisfree（2。5。4。3。8）逐个查询当前zone中大于请求order的链表for（oorder；oMAXORDER；o）｛structfreeareaareazfreearea〔o〕；intmt；if（！areanrfree）continue；（2。5。4。3。9）逐个查询当前order中的每个migratetype链表，如果不为空则返回成功for（mt0；mtMIGRATEPCPTYPES；mt）｛if（！listempty（areafreelist〔mt〕））returntrue；｝ifdefCONFIGCMAif（（allocflagsALLOCCMA）！listempty（areafreelist〔MIGRATECMA〕））｛returntrue；｝endifif（allocharder！listempty（areafreelist〔MIGRATEHIGHATOMIC〕））returntrue；｝returnfalse；｝rmqueue（）
　　找到合适有足够free内存的zone以后，rmqueue（）负责从freelist中摘取page。rmqueue（）rmqueue（）：staticalwaysinlinestructpagermqueue（structzonezone，unsignedintorder，intmigratetype）｛structpagepage；retry：（1）从原始指定的migratefreeist中分配内存pagermqueuesmallest（zone，order，migratetype）；if（unlikely（！page））｛if（migratetypeMIGRATEMOVABLE）pagermqueuecmafallback（zone，order）；（2）如果上一步分配失败，尝试从其他migratelist中偷取内存来分配if（！pagermqueuefallback（zone，order，migratetype））gotoretry；｝tracemmpagealloczonelocked（page，order，migratetype）；returnpage；｝staticalwaysinlinestructpagermqueuesmallest（structzonezone，unsignedintorder，intmigratetype）｛unsignedintcurrentorder；structfreeareaarea；structpagepage；Findapageoftheappropriatesizeinthepreferredlist（1。1）逐个查询order的freaaarea中migratetype的freelist，看看是否有free内存for（currentorderorder；currentorderMAXORDER；currentorder）｛area（zonefreearea〔currentorder〕）；pagelistfirstentryornull（areafreelist〔migratetype〕，structpage，lru）；if（！page）continue；（1。1。1）从freelist中摘取内存listdel（pagelru）；清理page中保存的order信息：pagemapcount1pageprivate0rmvpageorder（page）；areanrfree；（1。1。2）把剩余内存重新挂载到低阶order的freelist中expand（zone，page，order，currentorder，area，migratetype）；setpcppagemigratetype（page，migratetype）；returnpage；｝returnNULL；｝allocpagesslowpath（）staticinlinestructpageallocpagesslowpath（gfptgfpmask，unsignedintorder，structalloccontextac）｛boolcandirectreclaimgfpmaskGFPDIRECTRECLAIM；constboolcostlyorderorderPAGEALLOCCOSTLYORDER；structpagepageNULL；unsignedintallocflags；unsignedlongdidsomeprogress；enumcompactprioritycompactpriority；enumcompactresultcompactresult；intcompactionretries；intnoprogressloops；unsignedintcpusetmemscookie；intreserveflags；Wealsosanitychecktocatchabuseofatomicreservesbeingusedbycallersthatarenotinatomiccontext。if（WARNONONCE（（gfpmask（GFPATOMICGFPDIRECTRECLAIM））（GFPATOMICGFPDIRECTRECLAIM）））gfpmaskGFPATOMIC；retrycpuset：compactionretries0；noprogressloops0；compactpriorityDEFCOMPACTPRIORITY；cpusetmemscookiereadmemsallowedbegin（）；Thefastpathusesconservativeallocflagstosucceedonlyuntilkswapdneedstobewokenup，andtoavoidthecostofsettingupallocflagsprecisely。Sowedothatnow。（1）设置各种标志：ALLOCWMARKMIN，水位降低到minALLOCHARDER，如果是atomic或者rttask，进一步降低水位allocflagsgfptoallocflags（gfpmask）；Weneedtorecalculatethestartingpointforthezonelistiteratorbecausewemighthaveuseddifferentnodemaskinthefastpath，ortherewasacpusetmodificationandweareretryingotherwisewecouldendupiteratingovernoneligiblezonesendlessly。（2）重新安排fallbackzonelistacpreferredzonereffirstzoneszonelist（aczonelist，achighzoneidx，acnodemask）；if（！acpreferredzonerefzone）gotonopage；（3）进入慢速路径，说明在low水位下已经分配失败了，所以先唤醒kswapd异步回收线程if（gfpmaskGFPKSWAPDRECLAIM）wakeallkswapds（order，ac）；Theadjustedallocflagsmightresultinimmediatesuccess，sotrythatfirst（4）第2次分配：使用min水位尝试直接从freelist分配pagepagegetpagefromfreelist（gfpmask，order，allocflags，ac）；if（page）gotogotpg；Forcostlyallocations，trydirectcompactionfirst，asitslikelythatwehaveenoughbasepagesanddontneedtoreclaim。Fornonmovablehighorderallocations，dothataswell，ascompactionwilltrypreventpermanentfragmentationbymigratingfromblocksofthesamemigratetype。对于昂贵的分配，首先尝试直接压缩，因为我们可能有足够的基本页，不需要回收。对于不可移动的高阶分配，也要这样做，因为压缩将尝试通过从相同migratetype的块迁移来防止永久的碎片化。Donttrythisforallocationsthatareallowedtoignorewatermarks，astheALLOCNOWATERMARKSattemptdidntyethappen。不要尝试这个分配而允许忽略水位，因为allocnowatermark尝试还没有发生。if（candirectreclaim（costlyorder（order0acmigratetype！MIGRATEMOVABLE））！gfppfmemallocallowed（gfpmask））｛（5）第3次分配：内存压缩compact后，尝试分配getpagefromfreelist（）pageallocpagesdirectcompact（gfpmask，order，allocflags，ac，INITCOMPACTPRIORITY，compactresult）；if（page）gotogotpg；ChecksforcostlyallocationswithGFPNORETRY，whichincludesTHPpagefaultallocationsif（costlyorder（gfpmaskGFPNORETRY））｛Ifcompactionisdeferredforhighorderallocations，itisbecausesynccompactionrecentlyfailed。IfthisisthecaseandthecallerrequestedaTHPallocation，wedonotwanttoheavilydisruptthesystem，sowefailtheallocationinsteadofenteringdirectreclaim。if（compactresultCOMPACTDEFERRED）gotonopage；Lookslikereclaimcompactionisworthtrying，butsynccompactioncouldbeveryexpensive，sokeepusingasynccompaction。compactpriorityINITCOMPACTPRIORITY；｝｝retry：Ensurekswapddoesntaccidentallygotosleepaslongasweloop（6）再一次唤醒kswapd异步回收线程，可能ac参数变得更严苛了if（gfpmaskGFPKSWAPDRECLAIM）wakeallkswapds（order，ac）；（7）设置各种标志：ALLOCNOWATERMARKS，进一步降低水位，直接忽略水位reserveflagsgfppfmemallocflags（gfpmask）；if（reserveflags）allocflagsreserveflags；Resetthezonelistiteratorsifmemorypoliciescanbeignored。Theseallocationsarehighpriorityandsystemratherthanuserorientated。if（！（allocflagsALLOCCPUSET）reserveflags）｛acpreferredzonereffirstzoneszonelist（aczonelist，achighzoneidx，acnodemask）；｝Attemptwithpotentiallyadjustedzonelistandallocflags（8）第4次分配：使用no水位尝试直接从freelist分配pagepagegetpagefromfreelist（gfpmask，order，allocflags，ac）；if（page）gotogotpg；Callerisnotwillingtoreclaim，wecantbalanceanything（9）如果当前不支持直接回收，则退出，等待kswapd异步线程的回收if（！candirectreclaim）gotonopage；Avoidrecursionofdirectreclaim（10）避免递归回收if（currentflagsPFMEMALLOC）gotonopage；Trydirectreclaimandthenallocating（11）第5次分配：直接启动内存回收后，并尝试pagegetpagefromfreelist（）pageallocpagesdirectreclaim（gfpmask，order，allocflags，ac，didsomeprogress）；if（page）gotogotpg；Trydirectcompactionandthenallocating（12）第6次分配：直接启动内存压缩后，并尝试pagegetpagefromfreelist（）pageallocpagesdirectcompact（gfpmask，order，allocflags，ac，compactpriority，compactresult）；if（page）gotogotpg；Donotloopifspecificallyrequested（13）如果还是分配失败，且不支持重试，出错返回if（gfpmaskGFPNORETRY）gotonopage；DonotretrycostlyhighorderallocationsunlesstheyareGFPRETRYMAYFAILif（costlyorder！（gfpmaskGFPRETRYMAYFAIL））gotonopage；（14）检查重试内存回收是否有意义if（shouldreclaimretry（gfpmask，order，ac，allocflags，didsomeprogress0，noprogressloops））gotoretry；Itdoesntmakeanysensetoretryforthecompactioniftheorder0reclaimisnotabletomakeanyprogressbecausethecurrentimplementationofthecompactiondependsonthesufficientamountoffreememory（seecompactionsuitable）（15）检查重试内存压缩是否有意义if（didsomeprogress0shouldcompactretry（ac，order，allocflags，compactresult，compactpriority，compactionretries））gotoretry；DealwithpossiblecpusetupdateracesbeforewestartOOMkilling（16）在启动OOMkiling之前，是否有可能更新cpuset来进行重试if（checkretrycpuset（cpusetmemscookie，ac））gotoretrycpuset；Reclaimhasfailedus，startkillingthings（17）第7次分配：所有的内存回收尝试都已经失败，祭出最后的大招：通过杀进程来释放内存pageallocpagesmayoom（gfpmask，order，ac，didsomeprogress）；if（page）gotogotpg；Avoidallocationswithnowatermarksfromloopingendlessly（18）避免无止境循环的无水位分配if（tskisoomvictim（current）（allocflagsALLOCOOM（gfpmaskGFPNOMEMALLOC）））gotonopage；RetryaslongastheOOMkillerismakingprogress（19）在OOMkilling取得进展时重试if（didsomeprogress）｛noprogressloops0；gotoretry；｝nopage：Dealwithpossiblecpusetupdateracesbeforewefail（20）在我们失败之前处理可能的cpuset更新if（checkretrycpuset（cpusetmemscookie，ac））gotoretrycpuset；MakesurethatGFPNOFAILrequestdoesntleakoutandmakesurewealwaysretry（21）如果指定了GFPNOFAIL，只能不停的进行重试if（gfpmaskGFPNOFAIL）｛AllexistingusersoftheGFPNOFAILareblockable，sowarnofanynewusersthatactuallyrequireGFPNOWAITif（WARNONONCE（！candirectreclaim））gotofail；WARNONONCE（currentflagsPFMEMALLOC）；WARNONONCE（orderPAGEALLOCCOSTLYORDER）；pageallocpagescpusetfallback（gfpmask，order，ALLOCHARDER，ac）；if（page）gotogotpg；condresched（）；gotoretry；｝fail：（22）构造分配失败的告警信息warnalloc（gfpmask，acnodemask，pageallocationfailure：order：u，order）；gotpg：returnpage；｝
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　　https：mp。weixin。qq。coms8svh5lTQ6f6NuKwzNAt8g
　　转载自：人人极客社区，作者彭伟林
　　文章链接：Buddy内存管理机制（下）