物理内存的关系及分配模式

在分配缓存块的时候，要分两种路径，fast path 和 slow path，也就是快速通道和普通通道。其中 kmem_cache_cpu 就是快速通道，kmem_cache_node 是普通通道。每次分配的时候，要先从 kmem_cache_cpu 进行分配。如果 kmem_cache_cpu 里面没有空闲的块，那就到 kmem_cache_node 中进行分配；如果还是没有空闲的块，才去伙伴系统分配新的页。

另一个物理内存管理必须要处理的事情就是，页面换出。每个进程都有自己的虚拟地址空间，无论是 32 位还是 64 位，虚拟地址空间都非常大，物理内存不可能有这么多的空间放得下。所以，一般情况下，页面只有在被使用的时候，才会放在物理内存中。如果过了一段时间不被使用，即便用户进程并没有释放它，物理内存管理也有责任做一定的干预。例如，将这些物理内存中的页面换出到硬盘上去；将空出的物理内存，交给活跃的进程去使用。

可以想象，最常见的情况就是，分配内存的时候，发现没有地方了，就试图回收一下。例如，咱们解析申请一个页面的时候，会调用 get_page_from_freelist，接下来的调用链为 get_page_from_freelist->node_reclaim->__node_reclaim->shrink_node，通过这个调用链可以看出，页面换出也是以内存节点为单位的。

当然还有一种情况，就是作为内存管理系统应该主动去做的，而不能等真的出了事儿再做，这就是内核线程 kswapd。这个内核线程，在系统初始化的时候就被创建。这样它会进入一个无限循环，直到系统停止。在这个循环中，如果内存使用没有那么紧张，那它就可以放心睡大觉；如果内存紧张了，就需要去检查一下内存，看看是否需要换出一些内存页。

内存页总共分两类，一类是匿名页，和虚拟地址空间进行关联；一类是内存映射，不但和虚拟地址空间关联，还和文件管理关联。

它们每一类都有两个列表，一个是 active，一个是 inactive。顾名思义，active 就是比较活跃的，inactive 就是不怎么活跃的。这两个里面的页会变化，过一段时间，活跃的可能变为不活跃，不活跃的可能变为活跃。如果要换出内存，那就是从不活跃的列表中找出最不活跃的，换出到硬盘上。

对于物理内存来讲，从下层到上层的关系及分配模式如下：

• 物理内存分 NUMA 节点，分别进行管理；
• 每个 NUMA 节点分成多个内存区域；
• 每个内存区域分成多个物理页面；
• 伙伴系统将多个连续的页面作为一个大的内存块分配给上层；
• kswapd 负责物理页面的换入换出；
• Slub Allocator 将从伙伴系统申请的大内存块切成小块，分配给其他系统。

此文章为11月Day4学习笔记，内容来源于极客时间《趣谈Linux操作系统》，推荐该课程。