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Linux分区页框分配器的水位怎么理解

发表于:2025-12-01 作者:千家信息网编辑
千家信息网最后更新 2025年12月01日,本篇内容主要讲解"Linux分区页框分配器的水位怎么理解",感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷,实用性强。下面就让小编来带大家学习"Linux分区页框分配器的水位怎么理解"吧!先来看下
千家信息网最后更新 2025年12月01日Linux分区页框分配器的水位怎么理解

本篇内容主要讲解"Linux分区页框分配器的水位怎么理解",感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷,实用性强。下面就让小编来带大家学习"Linux分区页框分配器的水位怎么理解"吧!

先来看下:

static struct page *
get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
const struct alloc_context *ac)
{
for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
{
if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark, ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
{
ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
switch (ret) {
case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
continue;
case NODE_RECLAIM_FULL:
continue;
default:
if (zone_watermark_ok(zone, order, mark, ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
goto try_this_zone;

continue;
}
}

try_this_zone: //本zone正常水位
page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order, gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
}

return NULL;
}

可以看到在进行伙伴算法分配前有个关于水位的判断,今天我们就看下水位的概念。

简单的说在使用分区页面分配器中会将可以用的free pages与zone里的水位(watermark)进行比较。

水位初始化

int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
{
unsigned long lowmem_kbytes;
int new_min_free_kbytes;

//nr_free_buffer_pages是获取ZONE_DMA和ZONE_NORMAL区中高于high水位的总页数nr_free_buffer_pages = managed_pages - high_pages
lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);

if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
//min的值必须在128kib-65536kib之间
if (min_free_kbytes < 128)
min_free_kbytes = 128;
if (min_free_kbytes > 65536)
min_free_kbytes = 65536;
} else {
pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
}
//得到总的min后,就可以根据各个zone在总内存中的占比,通过do_div计算出他们各自的min值。
setup_per_zone_wmarks();
refresh_zone_stat_thresholds();
setup_per_zone_lowmem_reserve();

return 0;
}
  • nr_free_buffer_pages 是获取ZONE_DMA和ZONE_NORMAL区中高于high水位的总页数nr_free_buffer_pages = managed_pages - high_pages

  • min_free_kbytes 是总的min大小,min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes)

  • setup_per_zone_wmarks 根据总的min值,再加上各个zone在总内存中的占比,然后通过do_div就计算出他们各自的min值,进而计算出各个zone的水位大小。min,low,high的关系如下:low = min *125%;

    high = min * 150%

    min:low:high = 4:5:6

  • setup_per_zone_lowmem_reserve 当从Normal失败后,会尝试从DMA申请分配,通过lowmem_reserve[DMA],限制来自Normal的分配请求。其值可以通过/proc/sys/vm/lowmem_reserve_ratio来修改。

从这张图可以看出:

  • 如果空闲页数目min值,则该zone非常缺页,页面回收压力很大,应用程序写内存操作就会被阻塞,直接在应用程序的进程上下文中进行回收,即direct reclaim。
  • 如果空闲页数目小于low值,kswapd线程将被唤醒,并开始释放回收页面。
  • 如果空闲页面的值大于high值,则该zone的状态很完美, kswapd线程将重新休眠。

安卓系统中对水位的调节

为了避免direct reclaim,我们需要空余的内存大小一直保持在min值以上。但安卓这种大量用户操作网络接收的系统中,难免会遇到数据量突然增大,需要临时申请大量的内存,此时有可能kswapd回收的内存速度小于内存分配的速度,即发生direct reclaim,从而阻塞应用严重影响性能。

我们知道在内存分配时,只有low和min之间的区域才是kswapd活动的区域。而linux中默认的low与min之间的值又比较小,所以就很容易造成direct reclaim的情况。

「extra_free_kbytes」:

源于此,安卓在linux水位的基础上增加了extra_free_kbytes的变量,这个extra时额外加在low和min之间的,它在min不变的情况下,让low值有所增大。

源码如下:

static void __setup_per_zone_wmarks(void)
{
unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
unsigned long pages_low = extra_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);

......

for_each_zone(zone) {
......
do_div(min, lowmem_pages);
......
}

calculate_totalreserve_pages();
}

想要知道extra_free_kbytes的引入是否取得效果,可以通过/proc/vmstat中的pageoutrun和allocstall来看,两者分别代表了kswapd和direct reclaim启动的次数。

「watermark_scale_factor」:

内核总是在进步的,在linux内核4.6版本中,又诞生了一种新的调节水位的方式,即watermark_scale_factor系数,其默认值是10,对应内存占比10/10000=0.1%,可通过/proc/sys/vm/watermark_scale_factor设置,最大值是1000。举个例子:当其被设为1000时,意味着min与low之间的差值,low与high之间的差值都将是内存大小的10%(1000/10000)。

前面讲的extra_free_kbytes的方式只增大了min和low之间的差值,而watermark_scale_factor则同时增大了min和low,low和high之间的差值。

到此,相信大家对"Linux分区页框分配器的水位怎么理解"有了更深的了解,不妨来实际操作一番吧!这里是网站,更多相关内容可以进入相关频道进行查询,关注我们,继续学习!

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