再读内核存储管理(6)：高速缓存的应用

 

 

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本文适用于

ADI bf561 DSP

uclinux-2008r1-rc8 (移植到vdsp5)

Visual DSP++ 5.0

 

  

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1.1    高速缓存的应用

内核经常需要请求和释放单个页面。为了提升系统性能，每个内存管理区zone定义了一个“每CPU”页面高速缓存。所有高速缓存包含一些预先分配的页，它们被用于满足本地CPU发出的单一内存请求。

实际上，这里为每个内存管理区和每个CPU提供了两个高速缓存：一个热高速缓存，它存放的页框中所包含的内容很可能就在CPU硬件高速缓存中；还有一个冷高速缓存。

内核使用两个位标来监视热高速缓存和冷高速缓存的大小：如果页个数低于下界low，内核通过buddy系统分配batch个单一页面来补充对应的高速缓存；否则，如果页框个数高过上界high，内核从高速缓存中释放batch个页框到buddy系统中。

1.1.1   页面回收

当buddy算法回收一个页时，它会首先试图将其放在热高速缓存中，其实现如下：

fastcall void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)

{

     if (put_page_testzero(page)) {

         if (order == 0)

              free_hot_page(page);

         else

              __free_pages_ok(page, order);

     }

}

void fastcall free_hot_page(struct page *page)

{

     free_hot_cold_page(page, 0);

}

跟踪free_hot_cold_page函数：

/*

 * Free a 0-order page

 */

static void fastcall free_hot_cold_page(struct page *page, int cold)

{

     struct zone *zone = page_zone(page); // 返回ZONE_DMA这个区域

     struct per_cpu_pages *pcp;

     unsigned long flags;

 

     if (PageAnon(page))

         page->mapping = NULL;

     if (free_pages_check(page))

         return;

 

     if (!PageHighMem(page)) // 总为FALSE

         debug_check_no_locks_freed(page_address(page), PAGE_SIZE);

     arch_free_page(page, 0);    // 空语句

     kernel_map_pages(page, 1, 0);    // 空语句

 

     pcp = &zone_pcp(zone, get_cpu())->pcp[cold];

     local_irq_save(flags);

     __count_vm_event(PGFREE); // 空语句

     list_add(&page->lru, &pcp->list);

     pcp->count++;

     if (pcp->count >= pcp->high) {

         free_pages_bulk(zone, pcp->batch, &pcp->list, 0);

         pcp->count -= pcp->batch;

     }

     local_irq_restore(flags);

     put_cpu();

}

从这个函数可以看出，如果pcp中的页数较少的时候，它将直接把回收的页面放在高速缓存中（热高速缓存或者冷高速缓存），即上述函数中的list_add调用。在这里pcp实际指向DMA_ZONE中的pcp。当高速缓存的页面较多时，它将切换出部分最后进入缓存的页，将这些页链接到可用的页面链表中（使用BUDDY算法）。

1.1.2   换页策略

内核中当高速缓存的页面较多时，会将部分页面切换到可用内存的链表中，这个操作由free_pages_bulk函数完成：

/*

 * Frees a list of pages.

 * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.

 * count is the number of pages to free.

 *

 * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to

 * see if this freeing clears that state.

 *

 * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are

 * pinned" detection logic.

 */

static void free_pages_bulk(struct zone *zone, int count,

                       struct list_head *list, int order)

{

     spin_lock(&zone->lock);

     zone->all_unreclaimable = 0;

     zone->pages_scanned = 0;

     while (count--) {

         struct page *page;

 

         VM_BUG_ON(list_empty(list));

         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);

         /* have to delete it as __free_one_page list manipulates */

         list_del(&page->lru);

         __free_one_page(page, zone, order);

     }

     spin_unlock(&zone->lock);

}

因为在页面回收时是将要回收的页面插入到双链表的表头，而从上述函数中可以看出，在将页面切换出高速缓存的时候，也是从链表头按顺序进行的，因此整个切换策略就是后进先出，即最后进入高速缓存的先切换出去。