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linux内存页回收

目录

一、页回收概述

二、物理页根据是否有存储设备支持分为两类

2.1 回收策略

2.2 回收原则

2.3 回收的方法

2.4 页的活动程度判断

2.5 反向映射

三、发起回收

3.1 异步回收

3.2 直接回收

四、页交换

1）磁盘作为交换分区

2）文件作为交换分区

一、页回收概述

        申请分配页的时候，页分配器首先尝试使用低水位线分配页。如果分配失败，说明内存轻微不足，页分配器将会唤醒内存节点的页回收内核线程，异步回收页，然后尝试使用最低水线分配页。如果使用最低水线分配失败，说明内存严重不足，页分配器将会直接回收页。

二、物理页根据是否有存储设备支持分为两类

1）交换支持的页（没有存储设备的支持）包括：1）匿名页；2）tmpfs文件系统的文件页；3）进程在修改私有的文件映射时复制生成的匿名页。

        交换支持的页回收策略：采用页交换的方法，先把页的数据写到交换区，然后释放物理页。

2）存储设备的支持的文件页：

2.1 回收策略

        1）如果是干净的页，即把文件从存储设备读到内存后没有修改，可以直接回收；

        2）如果是脏页：即把文件从存储设备读到内存后修改过，先回到存储设备，再释放物理页。

2.2 回收原则

        LRU(Least Recently Used，最近最少使用)选择最近最少使用的页。

2.3 回收的方法

        如果物理页被映射到虚拟地址空间（反向映射），需要从页表中删除虚拟页到物理页的映射。

        每个内存节点的pglist_data实例有一个成员lruvec,称为LRU向量，包含5条LRU链表。

不活动匿名页LRU，活动匿名页LRU，不活动文件页LRU,活动文件页LRU，不可回收LRU链表。

  • 每条LRU链表中的物理页按页访问时间从大到小排序；
  • 链表首部的物理页访问时间距离当前最近，尾部距离当前最长；
  • 物理页从LRU链表的首部加入，链表尾部回收；
  • 从活动LRU链表的尾部取物理页移动到不活动LRU链表中。

2.4 页的活动程度判断

  • 如果是页表映射的匿名页或文件页，根据页表项的访问标识，确定页的活动程度。
  • 如果没有页表映射的文件页，进程通过系统调用read或write访问文件。文件系统在文件的页缓存中查找文件页，为文件页的页描述符设置访问标识(PG_referenced)。

2.5 反向映射

        回收页表映射的匿名页或文件页时，需要从页表中删除映射，内核需要知道物理页被映射到那些进程的虚拟地址空间，需要实现物理页到虚拟页的反向映射。分为匿名页的反向映射和文件页的反向映射。

三、发起回收

3.1 异步回收

        每个内存节点有页回收线程，如果内存节点的所有内存区域的空闲页数小于高水位线，页回收线程就会反复尝试回收页，调用函数shrink_node以回收内存节点中的页。

3.2 直接回收

        针对备用区域列表中符合分配条件的每个内存区域，调用函数shrink_node来回收内存区域所属的内存节点中的页。回收页以内存节点为单位。

        1）计算需要扫描多少不活动匿名页，活动匿名页，不活动文件页和活动文件页；

        2）依次扫描四类LRU页

        3）如果是活动LRU链表，并且不活动的页比较少，那么调用shrink_active_list把一部分活动页加入到不活动页（收缩活动页列表）

        4）如果是不活动LRU链表，那么调用shrink_inactive_list回收不活动页。

四、页交换

        当内存不足的时候，把最近很少访问的没有存储设备支持的物理页的数据保存到交换区，释放内存空间，当交换区内存中存储的页访问的时候，再把数据从交换区读到内存中。

        交换分区可以是一个磁盘分区（机械硬盘、固态硬盘、NAND闪存），也可以是存储设备上的一个文件。

使用方法

1）磁盘作为交换分区

  • 使用fdisk命令创建磁盘分区 fdisk /dev/sda 
  • 使用命令mkswap格式化交换分区 mkswap /dev/sda1
  • 使用swapon启用交换分区 swapon /dev/sda1

2）文件作为交换分区

  • 使用dd创建文件 dd if=/dev/zero of=/root/swap bs=1M count=2048
  • 使用命令mkswap格式化交换分区 mkswap /dev/sda1
  • 使用swapon启用交换分区 swapon /dev/sda1

参考：
《深入理解linux内核》
《Linux内核深度解析》
《linux内核深度解析 (余华兵) 》

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