Linux内存管理 -- 白话Linux page cache / swap cache/页框回收

Linux内存管理 – 白话页框回收

经过前面几篇博客翻译和阅读Understaning Linux Virtutal Memory Manger，对于Linux页框回收有了一些基本的理解。现在自己再来对照Linux kernel2.6.9源码来做一些总结。

什么是Page Cache？

在Linux中所谓的page cache就是指struct address_space。磁盘中一个文件或者其他虚拟文件（shmem）所对应的page每次都是经过同一个struct address_space来进行管理，便于此类型的page在多进程见进行共享，以及阻止一些不必要的磁盘IO。
如下图中，两个进程打开同一个文件file A，以及读取文件内容：

从上图中可以看出，page cache的作用主要是将磁盘中文件缓存到内存，并集中管理，便于回收利用。

什么是Swap Cache？

系统中常常会有一些进程在初始化时要了很多memory（主要是通过malloc获取的匿名page），初始化完成之后，这部分memory该进程不会经常用到，也没有释放。这就造成了内存的浪费。Linux就想了个办法要把这些memory中的数据置换到磁盘中，然后将这个memory标记为可回收，然后Linux中页框回收机制就会将这些page回收然后将这些page让给有需要的进程来用。
swap cache主要是要解决两个层面的问题：
<1>哪些page可以加入到swap cache中？swap cache中page如何管理?
<2>swap cache中被交换到磁盘中page，如何知道放在磁盘哪个位置，再次被找回来 ？
第一个问题有一个特殊的address_space,swapper_space来管理，具体如何回收由下一小节说明。
第二个问题通过struct swap_info_struct来管理，其中最终要的是将原来这个page的对应的PTE替换成type + offset的形式。

什么是buffer Cache？

在page cache出现之前，文件的缓存或者块设备的数据缓存叫做buffer cache。现在都叫page cache。

图解页框回收

• 在Linux的每个Zone中有两个list:active_list和inactive_list,这两个list包含了该Zone中所有已经分配的page。其中active_list中表示正在使用的page，而inactive_list中是很少使用待回收的page。
• 在下列两种case下会触发内存回收机制:从active_list的底部循环将active_list中符合条件的page添加待inactive_list,然后再从inactive_list中选择合适的page释放内存。
  • 每当alloc page时，如果发现memory不够了，调用try_to_free_pages()来释放内存。
  • 通过守护进程kswapd来check zone的memory water mark，发现内存到达低水位，触发内存回收机制释放内存。