linux内核工程师 3.03节 Linux伙伴系统(四)--释放页

 Linux内存释放函数之间的调用关系如下图所示

         

      可以看到，落脚点是__free_pages()这个函数，它执行的工作的流程图如下图所示

        

 

 

 下面是该函数的具体代码

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1. void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)  
2. {  
3.     if (put_page_testzero(page)) {/*判断页没有被使用*/  
4.         trace_mm_page_free_direct(page, order);  
5.         if (order == 0)/*单页则释放到每CPU页框高速缓存中*/  
6.             free_hot_page(page);  
7.         else           /*多页则释放到伙伴系统*/  
8.             __free_pages_ok(page, order);  
9.     }  
10. }  

 

首先该函数要通过页描述符的引用计数来判断该页是否是空闲的

确定页是空闲的后，再判断要释放多少个页面，如果是单个页面则将该页作为热页释放到pcp中，如果是多页则释

      放到伙伴系统中

 

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1. void free_hot_page(struct page *page)  
2. {  
3.     trace_mm_page_free_direct(page, 0);  
4.     free_hot_cold_page(page, 0);  
5. }  

free_hot_page是free_hot_cold_page的封装

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1. static void free_hot_cold_page(struct page *page, int cold)  
2. {  
3.     struct zone *zone = page_zone(page);  
4.     struct per_cpu_pages *pcp;  
5.     unsigned long flags;  
6.     int migratetype;  
7.     int wasMlocked = __TestClearPageMlocked(page);  
8.   
9.     kmemcheck_free_shadow(page, 0);  
10.   
11.     if (PageAnon(page))  
12.         page->mapping = NULL;  
13.     if (free_pages_check(page))  
14.         return;  
15.   
16.     if (!PageHighMem(page)) {  
17.         debug_check_no_locks_freed(page_address(page), PAGE_SIZE);  
18.         debug_check_no_obj_freed(page_address(page), PAGE_SIZE);  
19.     }  
20.     arch_free_page(page, 0);  
21.     kernel_map_pages(page, 1, 0);  
22.   
23.     /*获取对应的pcp结构*/  
24.     pcp = &zone_pcp(zone, get_cpu())->pcp;  
25.     /*获取迁移类型*/  
26.     migratetype = get_pageblock_migratetype(page);  
27.     set_page_private(page, migratetype);  
28.     local_irq_save(flags);  
29.     if (unlikely(wasMlocked))  
30.         free_page_mlock(page);  
31.     __count_vm_event(PGFREE);  
32.   
33.     /* 
34.      * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists. 
35.      * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being 
36.      * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those 
37.      * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free 
38.      * excessively into the page allocator 
39.      */  
40.      /*只有不可移动页，可回收页和可移动页才能放到每CPU页框高速缓存中，如果 
41.         迁移类型不属于这个范围，则要将该页释放回伙伴系统*/  
42.     if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {  
43.         if (unlikely(migratetype == MIGRATE_ISOLATE)) {  
44.             free_one_page(zone, page, 0, migratetype);  
45.             goto out;  
46.         }  
47.         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;  
48.     }  
49.   
50.     if (cold)/*冷页插入表尾*/  
51.         list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);  
52.     else     /*热页插入表头*/  
53.         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);  
54.     pcp->count++;  
55.     /*如果pcp中的页面数超过了high,则释放2^batch个单页给伙伴系统*/  
56.     if (pcp->count >= pcp->high) {  
57.         free_pcppages_bulk(zone, pcp->batch, pcp);  
58.         pcp->count -= pcp->batch;  
59.     }  
60.   
61. out:  
62.     local_irq_restore(flags);  
63.     put_cpu();  
64. }  

 

伙伴系统的分支__free_pages_ok()先对释放的页做了些检查，然后具体的释放通过调用free_one_page()-->__free_one_page()来完成

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1. static inline void __free_one_page(struct page *page,  
2.         struct zone *zone, unsigned int order,  
3.         int migratetype)  
4. {  
5.     unsigned long page_idx;  
6.   
7.     if (unlikely(PageCompound(page)))  
8.         if (unlikely(destroy_compound_page(page, order)))  
9.             return;  
10.   
11.     VM_BUG_ON(migratetype == -1);  
12.   
13.     /*得到页框在所处最大块中的偏移*/  
14.     page_idx = page_to_pfn(page) & ((1 << MAX_ORDER) - 1);  
15.   
16.     VM_BUG_ON(page_idx & ((1 << order) - 1));  
17.     VM_BUG_ON(bad_range(zone, page));  
18.   
19.     /*只要阶数小于MAX_ORDER-1就有合并的机会*/  
20.     while (order < MAX_ORDER-1) {  
21.         unsigned long combined_idx;  
22.         struct page *buddy;  
23.   
24.         /*找到page所处块对应的伙伴块*/  
25.         buddy = __page_find_buddy(page, page_idx, order);  
26.         /*如果伙伴块不是空闲的则不执行下面的合并操作*/  
27.         if (!page_is_buddy(page, buddy, order))  
28.             break;  
29.   
30.         /* Our buddy is free, merge with it and move up one order. */  
31.         list_del(&buddy->lru);/*将伙伴块从块链表中删除*/  
32.         zone->free_area[order].nr_free--;  
33.         rmv_page_order(buddy);  
34.         /*计算出合并块的起始页框的偏移*/  
35.         combined_idx = __find_combined_index(page_idx, order);  
36.         /*得到合并块的起始页描述符*/  
37.         page = page + (combined_idx - page_idx);  
38.         page_idx = combined_idx;/*修改块的起始页偏移*/  
39.         order++;/*阶数加1表明合并完成*/  
40.     }  
41.     /*重新设置块的阶数*/  
42.     set_page_order(page, order);  
43.     /*将新块添加到对应的链表中*/  
44.     list_add(&page->lru,  
45.         &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);  
46.     zone->free_area[order].nr_free++;  
47. }  

 

这里面涉及到两个辅助函数，_page_find_buddy()用来找到是释放块的伙伴，如果找到了一个空闲的伙伴块要通过_find_combined_index()用来定位合并块的起始页框，因为一个块的伙伴块有可能在该块的前面，也有可能在该块的后面，这两个函数的实现非常简洁巧妙，全是通过位操作来实现的

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1. static inline struct page *  
2. __page_find_buddy(struct page *page, unsigned long page_idx, unsigned int order)  
3. {  
4.     unsigned long buddy_idx = page_idx ^ (1 << order);  
5.   
6.     return page + (buddy_idx - page_idx);  
7. }  

 

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1. <span style="font-size:12px;">static inline unsigned long  
2. __find_combined_index(unsigned long page_idx, unsigned int order)  
3. {  
4.     return (page_idx & ~(1 << order));  
5. }</span>  

我们可以通过一个简单的情形来模拟一下这个过程，假设现在有一个将要释放的页，它的order为0，page_idx为10

则先计算它的伙伴 10^(1<<0) = 11,然后计算合并后的起始页偏移为10&~(1<<0) = 10,现在就得到了一个order为1的块，起始页偏移为10，它的伙伴为10^(1<<1)=8,合并后的起始页偏移为10&~(1<<1)=8,如此推导下去，我们可以通过下图和下表更清晰地分析这个过程

 

 

其中pi代表page_idx, ci代表combined_idx