Linux伙伴系统(四)--释放页

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      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

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

 

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

 

void free_hot_page(struct page *page){trace_mm_page_free_direct(page, 0);free_hot_cold_page(page, 0);}

free_hot_page是free_hot_cold_page的封装

static void free_hot_cold_page(struct page *page, int cold){struct zone *zone = page_zone(page);struct per_cpu_pages *pcp;unsigned long flags;int migratetype;int wasMlocked = __TestClearPageMlocked(page);kmemcheck_free_shadow(page, 0);if (PageAnon(page))page->mapping = NULL;if (free_pages_check(page))return;if (!PageHighMem(page)) {debug_check_no_locks_freed(page_address(page), PAGE_SIZE);debug_check_no_obj_freed(page_address(page), PAGE_SIZE);}arch_free_page(page, 0);kernel_map_pages(page, 1, 0);/*获取对应的pcp结构*/pcp = &zone_pcp(zone, get_cpu())->pcp;/*获取迁移类型*/migratetype = get_pageblock_migratetype(page);set_page_private(page, migratetype);local_irq_save(flags);if (unlikely(wasMlocked))free_page_mlock(page);__count_vm_event(PGFREE);/* * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists. * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free * excessively into the page allocator */ /*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    迁移类型不属于这个范围，则要将该页释放回伙伴系统*/if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {if (unlikely(migratetype == MIGRATE_ISOLATE)) {free_one_page(zone, page, 0, migratetype);goto out;}migratetype = MIGRATE_MOVABLE;}if (cold)/*冷页插入表尾*/list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);else     /*热页插入表头*/list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);pcp->count++;/*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*/if (pcp->count >= pcp->high) {free_pcppages_bulk(zone, pcp->batch, pcp);pcp->count -= pcp->batch;}out:local_irq_restore(flags);put_cpu();}

 

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

static inline void __free_one_page(struct page *page,struct zone *zone, unsigned int order,int migratetype){unsigned long page_idx;if (unlikely(PageCompound(page)))if (unlikely(destroy_compound_page(page, order)))return;VM_BUG_ON(migratetype == -1);/*得到页框在所处最大块中的偏移*/page_idx = page_to_pfn(page) & ((1 << MAX_ORDER) - 1);VM_BUG_ON(page_idx & ((1 << order) - 1));VM_BUG_ON(bad_range(zone, page));/*只要阶数小于MAX_ORDER-1就有合并的机会*/while (order < MAX_ORDER-1) {unsigned long combined_idx;struct page *buddy;/*找到page所处块对应的伙伴块*/buddy = __page_find_buddy(page, page_idx, order);/*如果伙伴块不是空闲的则不执行下面的合并操作*/if (!page_is_buddy(page, buddy, order))break;/* Our buddy is free, merge with it and move up one order. */list_del(&buddy->lru);/*将伙伴块从块链表中删除*/zone->free_area[order].nr_free--;rmv_page_order(buddy);/*计算出合并块的起始页框的偏移*/combined_idx = __find_combined_index(page_idx, order);/*得到合并块的起始页描述符*/page = page + (combined_idx - page_idx);page_idx = combined_idx;/*修改块的起始页偏移*/order++;/*阶数加1表明合并完成*/}/*重新设置块的阶数*/set_page_order(page, order);/*将新块添加到对应的链表中*/list_add(&page->lru,&zone->free_area[order].free_list[migratetype]);zone->free_area[order].nr_free++;}

 

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

static inline struct page *__page_find_buddy(struct page *page, unsigned long page_idx, unsigned int order){unsigned long buddy_idx = page_idx ^ (1 << order);return page + (buddy_idx - page_idx);}

 

static inline unsigned long__find_combined_index(unsigned long page_idx, unsigned int order){return (page_idx & ~(1 << order));}

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