Linux伙伴系统(四)--释放页-优快云博客

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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