内存管理：详解内存回收之LRU链表机制原理

内存回收简述

lru链表分类

lru缓存

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本篇主要内容

对于整个内存回收来说，lru链表是关键中的关键，实际上整个内存回收，做的事情就是处理LRU(Least Recently Used)链表的收缩，所以这篇文章就先说说系统的lru链表

LRU基本操作代码分析

新页加入lru链表

__lru_cache_add

当需要将一个新页加入到lru链表中，必须先加入到当前CPU的lru_add_pvec缓存中

/* 加入到lru_add_pvec缓存中 */static void __lru_cache_add(struct page *page){	/* 获取此CPU的lru缓存 */	struct pagevec *pvec = &get_cpu_var(lru_add_pvec);	/* page->_count++      * 在页从lru缓存移动到lru链表时，这些页的page->_count会--     */	page_cache_get(page);	/* 检查LRU缓存是否已满 */	if (!pagevec_space(pvec))	/* 满则将此lru缓存中的页放到lru链表中，核心转移函数：__pagevec_lru_add_fn */		__pagevec_lru_add(pvec);	/* 将page加入到此cpu的lru缓存中,注意	 * 加入pagevec实际上只是将pagevec中的pages数组中的某个指针指向此页	 * 如果此页原本属于lru链表，那么现在实际还是在原来的lru链表中 	 */	pagevec_add(pvec, page);	put_cpu_var(lru_add_pvec);}

__lru_cache_add

/* 将lru_add缓存中的页加入到lru链表中 */static void __pagevec_lru_add_fn(struct page *page, struct lruvec *lruvec,				 void *arg){	/* 判断此页是否是page cache页(映射文件的页) */	int file = page_is_file_cache(page);	/* 是否是活跃的页, 判断page的PG_active标志     * 1. 置位，则将此页加入到活动lru链表中     * 2. 没置位，则加入到非活动lru链表中     */	int active = PageActive(page);	/* 获取page所在的lru链表，里面会检测是映射页还是文件页，并且检查PG_active，最后能得出该page应该放到哪个lru链表中 	 * 1. PG_unevictable置位，则加入到LRU_UNEVICTABLE链表中	 * 2. 如果PG_swapbacked置位，则加入到匿名页lru链表，否则加入到文件页lru链表     * 3. PG_active置位，则加入到活动lru链表，否则加入到非活动lru链表     */	enum lru_list lru = page_lru(page);	VM_BUG_ON_PAGE(PageLRU(page), page);	SetPageLRU(page);	/* 	* 将page加入到对应lru链表头部中：	* 1. 获取页的数量，如果支持透明大叶，会是多个页	* 2. 通过mem_cgroup_update_lru_size更新lruvec中lru类型的链表的page num	* 3. 加入对应lru链表头部，更新统计	*/	add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);	/* 更新lruvec中的reclaim_stat */	update_page_reclaim_stat(lruvec, file, active);	trace_mm_lru_insertion(page, lru);}

将处于非活动链表中的页移动到非活动链表尾部

当一个脏页需要回收时，系统首先会将页异步回写到swap或磁盘对应文件中，再通过rotate_reclaimable_page将页移动到非活动lru链表尾部

rotate_reclaimable_page

void rotate_reclaimable_page(struct page *page){	 /* 此页加入到非活动lru链表尾部的条件 */	if (!PageLocked(page) &&">struct pagevec *pvec;		unsigned long flags;        /* page->_count++，因为这里会加入到lru_rotate_pvecs这个lru缓存中          * lru缓存中的页移动到lru时，会对移动的页page->_count--         */		page_cache_get(page);		local_irq_save(flags);/* 禁止中断 */		/* 获取当前CPU的lru_rotate_pvecs缓存 */		pvec = this_cpu_ptr(&lru_rotate_pvecs);		if (!pagevec_add(pvec, page))		/* lru_rotate_pvecs缓存已满，将当前缓存中的页加入到非活动lru链表尾部		 * 转移核心函数：pagevec_move_tail_fn 		 */			pagevec_move_tail(pvec);		local_irq_restore(flags);/* 重新开启中断 */	}}

pagevec_move_tail_fn

/*  * 将lru缓存pvec中的页移动到非活动lru链表尾部操作的回调函数 * 这些页原本就属于非活动lru链表 */static void pagevec_move_tail_fn(struct page *page, struct lruvec *lruvec,				 void *arg){	int *pgmoved = arg;		if (PageLRU(page) &&">/* 获取页应该放入匿名页lru链表还是文件页lru链表，通过页的PG_swapbacked标志判断 */		enum lru_list lru = page_lru_base_type(page);		/* 加入到对应的非活动lru链表尾部 */		list_move_tail(&page->lru, &lruvec->lists[lru]);		(*pgmoved)++;	}}

将活动lru链表中的页加入到非活动lru链表中

文件系统主动将一些没有被进程映射的页进行释放时，会将一些活动lru链表的页移动到非活动lru链表中；内存回收过程中并不会使用这种方式；

deactivate_file_page

void deactivate_file_page(struct page *page){	/* 如果页被锁在内存中禁止换出，则跳出 */	if (PageUnevictable(page))		return;        /*page->count==1 说明此页没有进程映射*/	if (likely(get_page_unless_zero(page))) {    /* 获取本cpu的deactivate缓存链表 */		struct pagevec *pvec = &get_cpu_var(lru_deactivate_file_pvecs);/* 将page加入deactivate链表后如果链表满了，则触发lru_deactivate_file_fn函数，将lru缓存中页放到lru链表中 */		if (!pagevec_add(pvec, page))			pagevec_lru_move_fn(pvec, lru_deactivate_file_fn, NULL);		put_cpu_var(lru_deactivate_file_pvecs);	}}

lru_deactivate_file_fn

static void lru_deactivate_file_fn(struct page *page, struct lruvec *lruvec,			      void *arg){	int lru, file;	bool active;/*此页不在lru中，不处理此页*/	if (!PageLRU(page))		return;/*此页被锁定，则不处理此页*/	if (PageUnevictable(page))		return;	/* 有进程映射了此页，不处理 */	if (page_mapped(page))		return;/*获取页的活动标志 */	active = PageActive(page);    /* 根据页的PG_swapbacked判断此页是否需要依赖swap分区 */	file = page_is_file_cache(page);    /* 获取此页需要加入匿名页或者文件页lru链表，也是通过PG_swapbacked标志判断 */	lru = page_lru_base_type(page);    /* 从活动lru链表中删除 */	del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru + active);    /* 清除PG_active和PG_referenced */	ClearPageActive(page);	ClearPageReferenced(page);    /* 加到非活动页lru链表头部 */	add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);    /* 如果此页当前正在回写或者是脏页 */	if (PageWriteback(page) || PageDirty(page)) {		/*		 * PG_reclaim could be raced with end_page_writeback		 * It can make readahead confusing.  But race window		 * is _really_ small and  it's non-critical problem.		 */        /* 则设置此页需要回收 */		SetPageReclaim(page);	} else {       /* 如果此页是干净的，并且非活动的，则将此页移动到非活动lru链表尾部         * 因为此页回收起来更简单，不用回写         */		list_move_tail(&page->lru, &lruvec->lists[lru]);		__count_vm_event(PGROTATED);	}	if (active)		__count_vm_event(PGDEACTIVATE);	update_page_reclaim_stat(lruvec, file, 0);}

将非活动lru链表页加入到活动lru链表

使用场景：

activate_page

void activate_page(struct page *page){/* 该页要在lru链表中，非活动页，没有被锁定 */	if (PageLRU(page) &&">struct pagevec *pvec = &get_cpu_var(activate_page_pvecs);		page_cache_get(page);		if (!pagevec_add(pvec, page))			pagevec_lru_move_fn(pvec, __activate_page, NULL);		put_cpu_var(activate_page_pvecs);	}}

__activate_page

static void __activate_page(struct page *page, struct lruvec *lruvec,			    void *arg){	if (PageLRU(page) &&">/*是否为文件页*/		int file = page_is_file_cache(page);        /*获取lru类型*/		int lru = page_lru_base_type(page);        /*将此页从lru链表中移除*/		del_page_from_lru_list(page, lruvec, lru);        /*设置page的PG_active标志，说明此页已经在lru链表中*/		SetPageActive(page);        /*获取lru最终所属链表*/		lru += LRU_ACTIVE;        /*将此页加入到活动页lru链表头*/		add_page_to_lru_list(page, lruvec, lru);		trace_mm_lru_activate(page);		__count_vm_event(PGACTIVATE);        /* 更新lruvec中zone_reclaim_stat->recent_scanned[file]++和zone_reclaim_stat->recent_rotated[file]++ */		update_page_reclaim_stat(lruvec, file, 1);	}}

附录

pagevec

struct pagevec {    /* 当前数量 */    unsigned long nr;    unsigned long cold;    /* 指针数组，每一项都可以指向一个页描述符，默认大小是14 */    struct page *pages[PAGEVEC_SIZE];};

lruvec

“` c++ /* lru链表描述符，主要有5个双向链表 / struct lruvec { / 5个lru双向链表头 / struct list_head lists[NR_LRU_LISTS];”> 所属zone */ struct zone *zone;”>