Per-CPU pages

定义

PCP：per_cpu_pages，Buddy system机制中，优先分配最近被释放的页，因为这些页位于cache中的概率比较大。

因此buddy system为每个cpu维护了一个per_cpu_pages数据结构，用于保存最近被释放的页框。

pcp只包含了order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER的页框，在当前内核版本中该值被定义为3。

数据结构

定义在include/linux/mmzone.h

1. per_cpu_pages：

• count：当前链表里page的个数。
• high：高水位。当pcp中page num高于high watermark时就会回收page到buddy。
• batch：每次回收/分配buddy system页表的数量为batch* 2 ^order个page。
• lists: pcp下包含的page的链表，和buddy一样每个migratetype有一个。
  • page链表的数量 = migratetype的数量 x pcp支持的order数量，

NR_PCP_LISTS =  MIGRATE_PCPTYPES * (PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER + 1)

若pcp包含的页框数量太多，有些页框可能早已不在cache中，从而失去了其本身的目的。这些缓存在pcp中的页框，若释放到free_area中则可能可以与其它页框合并成order更高的内存块，从而减少系统的内存碎片。

high参数目的：

• high：当pcp中的内存高于high时，其会将一部分内存释放回buddy中，如果pcp中的内存不足，也会从free_area中分配部分内存。动态调整范围在 [high_min, high_max] 之间
• 那么每次释放或分配内存的数量是多少呢？它是由batch参数指定的，其表示单次分配或释放的页框数为batch* 2 ^order个。

• high_min ≤ high ≤ high_max
• high_min：通常是batch*4, 保证PCP至少有high_min个page
• high_max：通常是batch * 12， 限制PCP缓存的最大页数。

2. per_cpu_pageset

每个zone下包含有一个per_cpu_pagesett数据结构记录pcp相关信息。

 

per_cpu_pageset的数据结构如下

内核启动时候start_kernel()调用setup_per_cpu_pageset()初始化per_cpu_pageset：

2.1 setup_per_cpu_pageset

（1）为每个zone调用setup_zone_pageset分配并初始化per_cpu_pageset。

2.2 setup_zone_pageset

（1）给每个cpu分配一块struct per_cpu_pages空间。

  PS: alloca_percpu: 为每个 CPU 分配一个独立的内存块。每个 CPU 访问自己的内存副本，无需同步。

（2）初始化每个cpu的struct per_cpu_pages的每个变量, 这里是给每个变量都赋0。

PS: 通过per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu_x); 得到一个指针，指向cpu_x的那个struct per_cpu_pages空间。以此来访问这个结构体。

（3）真正的PCP初始化。如果配置了percpu_pagelist_fraction, 将根据实际内存大小计算high和batch的值并赋值。

函数实现

内存分配

调用过程

rmqueue_pcplist

（1）当pcp list为空时调用rmqueue_bulk从buddy申请batch个页面。

（2）从pcp list里找到page分配并从list里删除。

释放内存

free_frozen_page_commit

（1）把page添加到pcp list中，增加pcp的page计数pcp->count。

（2）计算watermark，如果pcp中的page技术高于watermark就释放batch* 2 ^order个page到buddy。