2023學(xué)年完整公開課版內(nèi)存回收

內(nèi)存回收目錄內(nèi)核進(jìn)行內(nèi)存回收的原因

內(nèi)存回收的不同方式2內(nèi)核進(jìn)行內(nèi)存回收的原因3內(nèi)核之所以要進(jìn)行內(nèi)存回收，主要原因有兩個：1、內(nèi)核需要為任何時刻突發(fā)到來的內(nèi)存申請?zhí)峁┳銐虻膬?nèi)存，以便cache的使用和其他相關(guān)內(nèi)存的使用不至于讓系統(tǒng)的剩余內(nèi)存長期處于很少的狀態(tài)。2、當(dāng)真的有大于空閑內(nèi)存的申請到來的時候，會觸發(fā)強制內(nèi)存回收。內(nèi)存回收的不同方式4在不同的內(nèi)存分配路徑中，會觸發(fā)不同的內(nèi)存回收方式，內(nèi)存回收針對的目標(biāo)有兩種，一種是針對zone的，另一種是針對一個memcg的，把針對zone的內(nèi)存回收方式分為三種，分別是快速內(nèi)存回收、直接內(nèi)存回收、kswapd內(nèi)存回收。

內(nèi)存回收的不同方式5快速內(nèi)存回收：處于get_page_from_freelist()函數(shù)中，在遍歷zonelist過程中，對每個zone都在分配前進(jìn)行判斷，如果分配后zone的空閑內(nèi)存數(shù)量<閥值+保留頁框數(shù)量，那么此zone就會進(jìn)行快速內(nèi)存回收。其中閥值可能是min/low/high的任何一種，因為在快速內(nèi)存分配，慢速內(nèi)存分配和oom分配過程中如果回收的頁框足夠，都會調(diào)用到get_page_from_freelist()函數(shù)，所以快速內(nèi)存回收不僅僅發(fā)生在快速內(nèi)存分配中，在慢速內(nèi)存分配過程中也會發(fā)生。內(nèi)存回收的不同方式6直接內(nèi)存回收：處于慢速分配過程中，直接內(nèi)存回收只有一種情況下會使用，在慢速分配中無法從zonelist的所有zone中以min閥值分配頁框，并且進(jìn)行異步內(nèi)存壓縮后，還是無法分配到頁框的時候，就對zonelist中的所有zone進(jìn)行一次直接內(nèi)存回收。注意，直接內(nèi)存回收是針對zonelist中的所有zone的，它并不像快速內(nèi)存回收和kswapd內(nèi)存回收，只會對zonelist中空閑頁框不達(dá)標(biāo)的zone進(jìn)行內(nèi)存回收。在直接內(nèi)存回收中，有可能喚醒flush內(nèi)核線程。內(nèi)存回收的不同方式7kswapd內(nèi)存回收：發(fā)生在kswapd內(nèi)核線程中，每個node有一個swapd內(nèi)核線程，也就是kswapd內(nèi)核線程中的內(nèi)存回收，是只針對所在node的，并且只會對分配了order頁框數(shù)量后空閑頁框數(shù)量<此zone的high閥值+保留頁框數(shù)量的zone進(jìn)行內(nèi)存回收，并不會對此node的所有zone進(jìn)行內(nèi)存回收。這三種內(nèi)存回收雖然是在不同狀態(tài)下會被觸發(fā)，但是如果當(dāng)內(nèi)存不足時，kswapd內(nèi)存回收和直接內(nèi)存回收很大可能是在并發(fā)的進(jìn)行內(nèi)存回收的。內(nèi)存回收的不同方式8快速/慢速內(nèi)存回收的內(nèi)核入口均為shrink_zone()，在此函數(shù)中，首先會遍歷memcg，根據(jù)memcg獲取lru鏈表描述符lruvec與swapiness，這個swapiness的值的范圍是0~200，它會影響掃描匿名頁lru鏈表和文件頁lru鏈表的頁框數(shù)量，當(dāng)此值越低時，就需要掃描的匿名頁lru鏈表的頁框越少，當(dāng)此值為0時，則不掃描匿名頁lru鏈表的頁框，相反，此值越高，則需要掃描的匿名頁lru鏈表的頁框越多，當(dāng)其為200時，則只掃描匿名頁lru鏈表中的頁框，不掃描文件頁lru鏈表中的頁框。然后調(diào)用shrink_lruvec()對此lru鏈表描述符的lru鏈表進(jìn)行掃描，最后遍歷完所有memcg后，判斷是否繼續(xù)對此zone進(jìn)行內(nèi)存回收。

內(nèi)存回收的不同方式9頁面回收的方式有頁回寫、頁交換和頁丟棄三種方式：對于匿名頁，內(nèi)存回收過程中會篩選出一些不經(jīng)常使用的匿名頁，將它們寫入到swap分區(qū)中，然后作為空閑頁框釋放到伙伴系統(tǒng)。而對于文件頁，內(nèi)存回收過程中也會篩選出一些不經(jīng)常使用的文件頁，如果此文件頁中保存的內(nèi)容與磁盤中文件對應(yīng)內(nèi)容一致，說明此文件頁是一個干凈的文件頁，就不需要進(jìn)行回寫，直接將此頁作為空閑頁框釋放到伙伴系統(tǒng)中，相反，如果文件頁保存的數(shù)據(jù)與磁盤中文件對應(yīng)的數(shù)據(jù)不一致，則認(rèn)定此文件頁為臟頁，需要先將此文件頁回寫到磁盤中對應(yīng)數(shù)據(jù)所在位置上，然后再將此頁作為空閑頁框釋放到伙伴系統(tǒng)中。內(nèi)存對匿名頁和文件緩存一共用了四條鏈表進(jìn)行組織，回收過程主要是針對這四條鏈表進(jìn)行掃描和操作。內(nèi)存回收的不同方式10整個掃描的過程分幾個循環(huán)：首先掃描每個zone上的cgroup組；然后再以cgroup的內(nèi)存為單元進(jìn)行page鏈表的掃描；內(nèi)核會先掃描anon的active鏈表，將不頻繁的放進(jìn)inactive鏈表中，然后掃描inactive鏈表，將里面活躍的移回