zpool解压页面过程详解

从 zpool 解压页面到 DRAM 的详细过程

1. 触发页面解压

当系统访问一个被 zswap 缓存并压缩存储在 zpool 中的页面时，可能会触发以下情况之一：

• 进程访问已被交换到 zswap 的页面，触发 缺页异常 (Page Fault)。
• swapin 机制被触发，从 zswap 读取该页面的压缩数据。
• 内存管理子系统决定将 zswap 内存中的数据重新加载到 DRAM。

2. 在 zswap 中查找压缩页面

zswap 维护一个 红黑树 (rb_tree) 来存储交换缓存的映射关系。
当需要访问某个 swap entry 时，zswap 通过 zswap_rb_search() 在 rb_tree 中查找该页面的压缩数据。

struct zswap_entry *zswap_rb_search(swap_entry_t entry);

• 如果找到该条目，说明该页面在 zpool 里有压缩存储。
• zswap_entry 结构体包含 handle，用于索引 zpool 里的数据。

3. 读取 zpool 里的压缩数据

zpool 负责管理 zswap 使用的压缩数据。

• zswap_entry->handle 指向 zpool 里的数据。
• zpool 后端可以是 zbud 或 zsmalloc。
  • zbud: 一个物理页存储 2 个压缩页。
  • zsmalloc: 允许多个小页面共享一个物理页。

struct zswap_entry {
    struct rb_node rbnode;
    unsigned long handle;  // 指向 zpool 里的压缩数据
};

通过 zpool_malloc() 访问压缩数据：

void *compressed_data = zpool_malloc(zswap_pool, handle);

4. 分配 DRAM 物理页

在解压之前，系统需要为该页分配 DRAM 物理页。

• alloc_page(GFP_KERNEL) 申请一个 4KB 页框。
• 在 NUMA 体系结构中，可能需要从 node0 (DRAM) 分配。

struct page *page = alloc_page(GFP_KERNEL);

5. 解压数据

zswap 读取 zpool 里的压缩数据，并调用相应的解压缩函数，例如 LZ4_decompress_safe() 或 zstd_decompress()。

LZ4_decompress_safe(compressed_data, output_page, compressed_size, PAGE_SIZE);

代码路径：

1. zswap_frontswap_load() 处理前端交换加载。
2. zpool_malloc() 读取 zpool 数据。
3. zswap_entry_get() 获取 handle 关联的压缩数据。
4. zswap_decompress() 进行解压。

6. 更新页表

解压后的数据被写入 DRAM 物理页后，需要更新 页表 (page table)，将该物理页映射回用户进程的地址空间。

• 通过 set_pte_at() 或 pte_mkpresent() 让该页重新可用。

set_pte_at(mm, address, ptep, pte);

7. 释放 zpool 里的压缩数据

如果该页面不再需要压缩存储，则可以从 zswap 中删除：

zswap_rb_erase(entry);
zpool_free(entry->handle);

8. 关键数据结构

zswap_entry 结构体

struct zswap_entry {
    struct rb_node rbnode;  // 红黑树节点
    unsigned long handle;   // zpool 里的数据索引
    ...
};

zpool API 相关函数

void *zpool_malloc(struct zpool *pool, size_t size);
void zpool_free(struct zpool *pool, void *ptr);

完整流程总结

1. 进程访问 zswap 里的压缩页面，触发 Page Fault。
2. zswap_rb_search() 在 rb_tree 里查找 zswap_entry。
3. zpool_malloc() 读取 zpool 里的压缩数据。
4. alloc_page(GFP_KERNEL) 分配 DRAM 物理页。
5. zswap_decompress() 通过 LZ4/ZSTD 解压数据。
6. set_pte_at() 更新页表，映射到用户进程地址空间。
7. zpool_free() 释放 zpool 里的压缩数据（可选）。

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