Buddy分配器之释放一页

Posted 2022-12-09 Loopers

在上面一节我们讲述了buddy分配器是如何分配一页的，本节我们在学习buddy分配器是如何释放一页的

分配一页的算法：比如当前释放order=n的页

• 获得当前释放order=n的页，对应的buddy，也就是兄弟页，俗话说先找到兄弟
  • 找到兄弟buddy了之后，接下来就是看buddy和此页是否可以合并
    • 检查buddy是否是空闲的页（通过检查page→private是否为0）
    • 检查buddy是否和此页是相同的order
    • 检查buddy和此page是否属于同一个zone
    • 检查buddy的引用计数_refcount是否为0
  • 如果上述的条件都符合，则认为此buddy和此page可以合并
  • 将此buddy从lru链表中删除，页的个数减去1
  • 再将order++，从更高的order去寻找buddy，检查是否可以合并
• 当找不到buddy的时候，则将此order的页加到lru链表中
• 将order此页的nr_free加1

 

举例：当释放order=2的页

• 找到order=2的buddy页，也就是兄弟页
• 检查此buddy页是否可以和当前释放的页合并
• 如果可以合并，则order+1=3
• 则找到order=3的buddy页
• 检查此buddy页是否可以和需要分配页是否可以合并
• 如果合并则将order+1=4。 继续检查是否可以合并到最大order
• 如果当order=4时无法合并，则将此page添加到order=4的freelist中即可。

 

那怎么获取一个将要释放页的buddy呢，内核提供了一个函数，可以获取buddy的pfn

static inline unsigned long
__find_buddy_pfn(unsigned long page_pfn, unsigned int order)

    return page_pfn ^ (1 << order);

我们在zone那一节讲解了page和pfn的关系，这里在复习一下。物理页如果按照4K的大小来描述的话，一个4K大小的物理页的区域我们称之为page frame页帧，而如果给page frame编号的话，就出现了page frame num。

而内核提供的page_to_pfn和pfn_to_page可以轻松的相互转化pfn和page的关系，在内存模型为稀疏模型的情况下，page=vmemmap+pfn

 

假设当前的order=0， page_pfn=0的话，则对应的buddy_pfn=0^(1<<0)=1，则物理页0和物理页1是buddy，就是好兄弟

假设当前的order=3,  page_pfn=0的话，则对应的buddy_pfn=0^(1<<3)=8，则物理页0和物理页8是buddy，中间刚好是order个页。

说以说可以通过上述的函数来计算出buddy所在的位置

 

我们接下来看看buddy释放页的核心函数：

static inline void __free_one_page(struct page *page, unsigned long pfn, struct zone *zone, unsigned int order,int migratetype)

    unsigned long combined_pfn;
    unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
    struct page *buddy;
    unsigned int max_order;
    struct capture_control *capc = task_capc(zone);
 
    max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
 
    VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
    VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
 
    VM_BUG_ON(migratetype == -1);
    if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
        __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
 
    VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
    VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
 
continue_merging:
    while (order < max_order - 1) 
        if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) 
            __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
                                migratetype);
            return;
        
        buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
        buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
 
        if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
            goto done_merging;
        if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
            goto done_merging;
        /*
         * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
         * merge with it and move up one order.
         */
        if (page_is_guard(buddy)) 
            clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
         else 
            list_del(&buddy->lru);
            zone->free_area[order].nr_free--;
            rmv_page_order(buddy);
        
        combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
        page = page + (combined_pfn - pfn);
        pfn = combined_pfn;
        order++;
    
    if (max_order < MAX_ORDER) 
        /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
         * We want to prevent merge between freepages on isolate
         * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
         * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
         *
         * We don't want to hit this code for the more frequent
         * low-order merging.
         */
        if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) 
            int buddy_mt;
 
            buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
            buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
            buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
 
            if (migratetype != buddy_mt
                    && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
                        is_migrate_isolate(buddy_mt)))
                goto done_merging;
        
        max_order++;
        goto continue_merging;
    
 
done_merging:
    set_page_order(page, order);
 
    /*
     * If this is not the largest possible page, check if the buddy
     * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
     * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
     * that is happening, add the free page to the tail of the list
     * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
     * as a higher order page
     */
    if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)) 
        struct page *higher_page, *higher_buddy;
        combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
        higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
        buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
        higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
        if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
            page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) 
            list_add_tail(&page->lru,
                &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
            goto out;
        
    
 
    list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
out:
    zone->free_area[order].nr_free++;

• 首先会进行一系列合法性检查，zone是否初始化？ 迁移类型是否等于-1？  等等
• 接着就会进入一个while循环，当前order到最大order减去1之间 寻找合适的buddy，然后合并
  1. 根据当前page和pfn，获取buddy的buddy_pfn，根据buddy_pfn在获取buddy页
  2. 通过调用pfn_valid_within来检查buddy_pfn是否是有效的，通过物理地址>>PAGE_SHIFT来判断
  3. 调用page_is_buddy函数来检查此buffy页是否可以合并
     1. page_order(buddy) == order    //buddy的所在order和释放的页的order是否相同
     2. page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy)  //检查是都都在一个相同的zone中
     3. page_count(buddy) != 0  //检查buddy页的索引技术是否等于0
  4. 检查到此buddy可以和此page可以完美合并则进行下一步操作
  5. 将buddy页从page的lru链表中删除，同时将此order可用的page数目减去1，设置此buddy页不在buddy系统中
  6. 计算buddy页和释放页合并后的pdn和page，同时将order数目加1
  7. 继续进入到while循环中再次判断，是否有空闲的页可以合并，
  8. 当出现无法找到合适的buddy页时，则调到done_merging进行做最后的收尾
• set_page_order(page, order);  //设置最终page的order数目
• 如果当前的order不是最大的order，系统还可以再尝试一波，还是上面相同的操作
• 将最终合并后的页假如到属于他们order的lru链表中
• 将此order的可用的页的个数加1