[内核内存] 伙伴系统4---alloc_pages(内存块分配)

alloc_pages源码流程分析

alloc_pages开始了真正的页面申请,函数作用是:用于申请一块2^order的连续物理内存块

alloc_pages函数实现流程

代码细节分析

参数准备

//include/linux/gfp.h
/*numa_node_id()返回当前所在节点编号*/
#define alloc_pages(gfp_mask, order) \
		alloc_pages_node(numa_node_id(), gfp_mask, order)
		
static inline struct page *alloc_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask,
						unsigned int order)
{
   
   
	//nid最好是传递过来的参数，若参数无效，则会选择一个目前距离cup最近的一个在线节点
	if (nid == NUMA_NO_NODE)
		nid = numa_mem_id();

	return __alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
}

static inline struct page *
__alloc_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
{
   
   
	VM_BUG_ON(nid < 0 || nid >= MAX_NUMNODES);
	VM_WARN_ON(!node_online(nid));
	//node_zonelist(nid, gfp_mask)是用于获取node节点的zone管理区列表,按优先级顺序存储
	return __alloc_pages(gfp_mask, order, node_zonelist(nid, gfp_mask));
}

static inline struct page *
__alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
		struct zonelist *zonelist)
{
   
   
	return __alloc_pages_nodemask(gfp_mask, order, zonelist, NULL);
}

核心函数__alloc_pages_nodemask

_alloc_pages_nodemask是伙伴系统的心脏，处理实质的内存分配工作。

• （1）先进行参数初始化:alloc_mask, alloc_flags和struct alloc_context ac，用于决定内存块的分配配条件。
• （2） get_page_from_freelist:内核内存环境良好，直接进行快速分配，若成功返回获取free内存块
• （3）__alloc_pages_slowpath:当前内存环境恶劣时，进入慢分配流程，若成功返回free内存块
• （4）获取空间内存块后对内存块和系统环境做检查，满足预定要求则返回申请的内存给内核使用

//mm/page_alloc.c
struct page *
__alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
			struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
{
   
   
	struct page *page;
	//分配标志，仅在低水位water mark及以上限制页面分配
	unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
	gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
	//用于存储函数间传递的参数
	struct alloc_context ac = {
   
   
		//gfp对应的zone,参考文档'如何根据gfp_flag找到对应的zone',内存分配的zoneidx一定小于等于该idx
		.high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
		//zone优先级搜索列表
		.zonelist = zonelist,
		.nodemask = nodemask,
		//根据gfp找到迁移类型,gfp_flags的bit3-bit4表示migrate类型
		.migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
	};

	if (cpusets_enabled()) {
   
   
		alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
		alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
		if (!ac.nodemask)
			ac.nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
	}

	gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
    //需要CONFIG_TRACE_IRQFLAGS和CONFIG_PROVE_LOCKING同时定义的时候，才起作用，否则为空函数
	lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
    /*如果申请页面传入的gfp_mask掩码携带__GFP_WAIT标识，表示允许页面申请时休眠，
	 *则会进入might_sleep_if()检查是否需要休眠等待以及重新调度
	 */
	might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
    //由于未设置CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC，则should_fail_alloc_page()恒定返回false
	if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order)