物理内存的关系及分配模式

简介: 【2月更文挑战第19天】

在分配缓存块的时候,要分两种路径,fast path 和 slow path,也就是快速通道和普通通道。其中 kmem_cache_cpu 就是快速通道,kmem_cache_node 是普通通道。每次分配的时候,要先从 kmem_cache_cpu 进行分配。如果 kmem_cache_cpu 里面没有空闲的块,那就到 kmem_cache_node 中进行分配;如果还是没有空闲的块,才去伙伴系统分配新的页。


另一个物理内存管理必须要处理的事情就是,页面换出。每个进程都有自己的虚拟地址空间,无论是 32 位还是 64 位,虚拟地址空间都非常大,物理内存不可能有这么多的空间放得下。所以,一般情况下,页面只有在被使用的时候,才会放在物理内存中。如果过了一段时间不被使用,即便用户进程并没有释放它,物理内存管理也有责任做一定的干预。例如,将这些物理内存中的页面换出到硬盘上去;将空出的物理内存,交给活跃的进程去使用。


可以想象,最常见的情况就是,分配内存的时候,发现没有地方了,就试图回收一下。例如,咱们解析申请一个页面的时候,会调用 get_page_from_freelist,接下来的调用链为 get_page_from_freelist->node_reclaim->__node_reclaim->shrink_node,通过这个调用链可以看出,页面换出也是以内存节点为单位的。


当然还有一种情况,就是作为内存管理系统应该主动去做的,而不能等真的出了事儿再做,这就是内核线程 kswapd。这个内核线程,在系统初始化的时候就被创建。这样它会进入一个无限循环,直到系统停止。在这个循环中,如果内存使用没有那么紧张,那它就可以放心睡大觉;如果内存紧张了,就需要去检查一下内存,看看是否需要换出一些内存页。


内存页总共分两类,一类是匿名页,和虚拟地址空间进行关联;一类是内存映射,不但和虚拟地址空间关联,还和文件管理关联。


它们每一类都有两个列表,一个是 active,一个是 inactive。顾名思义,active 就是比较活跃的,inactive 就是不怎么活跃的。这两个里面的页会变化,过一段时间,活跃的可能变为不活跃,不活跃的可能变为活跃。如果要换出内存,那就是从不活跃的列表中找出最不活跃的,换出到硬盘上。


对于物理内存来讲,从下层到上层的关系及分配模式如下:

  • 物理内存分 NUMA 节点,分别进行管理;
  • 每个 NUMA 节点分成多个内存区域;
  • 每个内存区域分成多个物理页面;
  • 伙伴系统将多个连续的页面作为一个大的内存块分配给上层;
  • kswapd 负责物理页面的换入换出;
  • Slub Allocator 将从伙伴系统申请的大内存块切成小块,分配给其他系统。

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