（转）linux内存管理之伙伴系统（内存分配）

 一、Linux伙伴系统分配器

伙伴系统分配器大体上分为两类。__get_free_pages()类函数返回分配的第一个页面的线性地址；alloc_pages()类函数返回页面描述符地址。不管以哪种函数进行分配，最终会调用alloc_pages()进行分配页面。

为清楚了解其分配制度，先给个伙伴系统数据的存储框图

也就是每个order对应一个free_area结构，free_area以不同的类型以链表的方式存储这些内存块。

二、主分配函数

下面我们来看这个函数(在UMA模式下)

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1. #define alloc_pages(gfp_mask, order) \  
2.         alloc_pages_node(numa_node_id(), gfp_mask, order)  
3.    

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1. static inline struct page *alloc_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask,  
2.                         unsigned int order)  
3. {  
4.     /* Unknown node is current node */  
5.     if (nid 
6.         nid = numa_node_id();  
7.   
8.     return __alloc_pages(gfp_mask, order, node_zonelist(nid, gfp_mask));  
9. }  

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1. static inline struct page *  
2. __alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,  
3.         struct zonelist *zonelist)  
4. {  
5.     return __alloc_pages_nodemask(gfp_mask, order, zonelist, NULL);  
6. }  

上层分配函数__alloc_pages_nodemask()

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1. /* 
2.  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator. 
3.  */  
4.  /*上层分配器运用了各种方式进行*/  
5. struct page *  
6. __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,  
7.             struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)  
8. {  
9.     enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);  
10.     struct zone *preferred_zone;  
11.     struct page *page;  
12.       
13.     /* Convert GFP flags to their corresponding migrate type */  
14.     int migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask);  
15.   
16.     gfp_mask &= gfp_allowed_mask;  
17.     /*调试用*/  
18.     lockdep_trace_alloc(gfp_mask);  
19.     /*如果__GFP_WAIT标志设置了，需要等待和重新调度*/  
20.     might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_WAIT);  
21.     /*没有设置对应的宏*/  
22.     if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))  
23.         return NULL;  
24.   
25.     /* 
26.      * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one 
27.      * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result 
28.      * of GFP_THISNODE and a memoryless node 
29.      */  
30.     if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))  
31.         return NULL;  
32.   
33.     /* The preferred zone is used for statistics later */  
34.     /* 英文注释所说*/  
35.     first_zones_zonelist(zonelist, high_zoneidx, nodemask, &preferred_zone);  
36.     if (!preferred_zone)  
37.         return NULL;  
38.   
39.     /* First allocation attempt */  
40.     /*从pcp和伙伴系统中正常的分配内存空间*/  
41.     page = get_page_from_freelist(gfp_mask|__GFP_HARDWALL, nodemask, order,  
42.             zonelist, high_zoneidx, ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET,  
43.             preferred_zone, migratetype);  
44.     if (unlikely(!page))/*如果上面没有分配到空间，调用下面函数慢速分配，允许等待和回收*/  
45.         page = __alloc_pages_slowpath(gfp_mask, order,  
46.                 zonelist, high_zoneidx, nodemask,  
47.                 preferred_zone, migratetype);  
48.     /*调试用*/  
49.     trace_mm_page_alloc(page, order, gfp_mask, migratetype);  
50.     return page;  
51. }  

三、从pcp和伙伴系统中正常的分配内存空间

函数get_page_from_freelist()

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1. /* 
2.  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate 
3.  * a page. 
4.  */  
5. /*为分配制定内存空间，遍历每个zone*/  
6. static struct page *  
7. get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, unsigned int order,  
8.         struct zonelist *zonelist, int high_zoneidx, int alloc_flags,  
9.         struct zone *preferred_zone, int migratetype)  
10. {  
11.     struct zoneref *z;  
12.     struct page *page = NULL;  
13.     int classzone_idx;  
14.     struct zone *zone;  
15.     nodemask_t *allowednodes = NULL;/* zonelist_cache approximation */  
16.     int zlc_active = 0;     /* set if using zonelist_cache */  
17.     int did_zlc_setup = 0;      /* just call zlc_setup() one time */  
18.     /*zone对应的下标*/  
19.     classzone_idx = zone_idx(preferred_zone);  
20. zonelist_scan:  
21.     /* 
22.      * Scan zonelist, looking for a zone with enough free. 
23.      * See also cpuset_zone_allowed() comment in kernel/cpuset.c. 
24.      */  
25.      /*遍历每个zone，进行分配*/  
26.     for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,  
27.         /*在UMA模式下不成立*/              high_zoneidx, nodemask) {  
28.         if (NUMA_BUILD && zlc_active &&  
29.             !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))  
30.                 continue;  
31.         if ((alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&  
32.             !cpuset_zone_allowed_softwall(zone, gfp_mask))  
33.                 goto try_next_zone;  
34.   
35.         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS 
36.         /*需要关注水位*/  
37.         if (!(alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)) {  
38.             unsigned long mark;  
39.             int ret;  
40.             /*从flags中取的mark*/  
41.             mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];  
42.             /*如果水位正常，从本zone中分配*/  
43.             if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,  
44.                     classzone_idx, alloc_flags))  
45.                 goto try_this_zone;  
46.   
47.             if (zone_reclaim_mode == 0)/*如果上面检查的水位低于正常值，且没有设置页面回收值*/  
48.                 goto this_zone_full;  
49.             /*在UMA模式下下面函数直接返回0*/  
50.             ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);  
51.             switch (ret) {  
52.             case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:  
53.                 /* did not scan */  
54.                 goto try_next_zone;  
55.             case ZONE_RECLAIM_FULL:  
56.                 /* scanned but unreclaimable */  
57.