Linux内存管理：(十二)Linux 5.0内核新增的反碎片优化

文章说明：

• Linux内核版本：5.0

• 架构：ARM64

• 参考资料及图片来源：《奔跑吧Linux内核》

• Linux 5.0内核源码注释仓库地址：

  zhangzihengya/LinuxSourceCode_v5.0_study (github.com)

外碎片化发生时，页面分配器还是会认为系统可以分配出内存，因为__zone_watermark_ok()函数会返回TRUE，但是我们认为系统应该及时采取一些补救措施。在现有的内存管理机制下，我们能采取的补救措施就是提早唤醒kswapd内核线程以回收内存。另外，也提早唤醒kcompactd内核线程以做内存规整，这样有助于快速满足分配大块内存的需求，减少外碎片化。为此，Linux 5.0实现了—个临时增加水位（boost watermark）的功能。当发生挪用时，临时提高水位，并提前触发kswapd内核线程。

反碎片化优化的流程图如下所示：

该流程图中的相关说明如下：

• Linux内核中的挪用规则：

  // 此数组描述了当所需迁移类型的空闲列表耗尽时的挪用规则
  static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
  	[MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
  	[MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
  	[MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
  #ifdef CONFIG_CMA
  	[MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
  #endif
  #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
  	[MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
  #endif
  };
  

• __rmqueue_fallback()->steal_suitable_fallback()->boost_watermark()

• 在临时提高水位后，那什么时候恢复到正常的水位呢?

  Kswapd 内核线程被唤醒之后，它会根据扫描优先级扫描LRU链表和尝试回收页面。当发现zone处于平衡状态或者一轮扫描完成之后，它会把这个临时提高的水位取消，并且唤醒 kcompactd内核线程，让它以页块大小为目标尝试进行内存规整。

  // 回收页面的主要函数
  static int balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order, int classzone_idx)
  {
  	...
  out:
  	if (boosted) {
  		...
  		
  		for (i = 0; i <= classzone_idx; i++) {
  			...
  			zone->watermark_boost -= min(zone->watermark_boost, zone_boosts[i]);
  			...
  		}
  
  		// 若设置了 boosted，则唤醒 kcompactd 内核线程
  		wakeup_kcompactd(pgdat, pageblock_order, classzone_idx);
  	}
  
  	...
  	// 返回已经回收的页面数量
  	return sc.order;
  }