复合页( Compound Page )

Posted 2020-09-22

     复合页（Compound Page）就是将物理上连续的两个或多个页看成一个
     独立的大页，它能够用来创建hugetlbfs中使用的大页（hugepage）。
     也能够用来创建透明大页（transparent huge page）子系统。可是
     它不能用在页缓存（page cache）中，这是由于页缓存中管理的都是
     单个页。


     分配一个复合页的方式是：使用alloc_pages函数，參数order至少为1，
     且设置__GFP_COMP标记。由于依据复合页的定义，它通常包含2个或多
     个连续的物理内存页，这是由它的实现决定的，因而order參数不可能
     为0。


     通常调用alloc_pages的内存分配方式例如以下：

     p = alloc_pages(GFP_KERNEL, 2);

     可是这样的方式和创建一个复合页有什么不同呢？不同点就是在创建复合
     页的时候会创建与这个复合页相关的元数据（metadata）。

     表示复合页的元数据都存在于Page结构体中，Page页中的flag标记用来
     识别复合页。

在复合页中，打头的第一个普通页成为“head page”，用
     PG_head标记，而后面的全部页被称为“tail pages”，用PG_tail标记。
     在64位系统中，能够有多余的标记来表示复合页的页头和页尾；可是在
     32位系统中却没有那么多的标记，因此採用了一种复用其它标记的方案，
     即将复合页中的全部页都用PG_compound标记，然后，对于尾页同一时候也
     使用PG_reclaim标记。这是由于PG_reclaim仅仅有在页缓存中会用到，而

     复合页根本就不会在页缓存中使用。

     能够使用PageCompound函数来检測一个页是否是复合页，另外函数PageHead
     和函数PageTail用来检測一个页是否是页头或者页尾。

在每一个尾页的page
     结构体中都包括一个指向头页的指针 - first_page，能够使用compound_head
     函数获得。


     那么当一个复合页不再被系统使用时，我们怎样知道该复合页包括多少
     个普通页。又怎样知道该复合页的析构函数（destructor）存在哪里呢？
     首先，人们可能会觉得这些信息存在于头页的page结构体中，可是非常不
     幸，在这个结构体中已经没有可用的空间了。

因此，这些信息所有存储
     在第一个尾页的lru字段中，将该复合页的大小（order）首先强制转换
     为指针类型，然后存储在lru.prev中，将析构函数存储在lru.next中。

     这里就解释了为什么复合页必须至少是两个页。


     在内核中生命了两个复合页的析构函数。默认情况下会调用free_compound_page
     来将全部的页返回给系统的页框分配器。而hugetlbfs子系统会调用free_huge_page
     来做一些统计并释放。


     使用复合页的最经典的一个样例就是THP（transparent huge page）。
     另外一些驱动使用复合页来方便缓存的管理。


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1. https://lwn.net/Articles/619514/