翻了一下之前的文章，發現竟然忘記寫內核是如何釋放頁框的，罪過。
釋放頁框很簡單，其實只有幾步
釋放頁框的操作最後都會調用到__free_pages()函數，我們主要從這個函數跟蹤下去，看看內核是怎麼執行的。
/* 釋放頁框 */
void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
{
/* 檢查頁框是否還有進程在使用，就是檢查_count變量的值是否為0 */
if (put_page_testzero(page)) {
/* 如果是1個頁框，則放回每CPU高速緩存中，如果是多個頁框，則放回伙伴系統，放回CPU高速緩存中優先把其設置為熱頁，而不是冷頁 */
if (order == 0)
free_hot_cold_page(page, false);
else
__free_pages_ok(page, order);
}
}
熱頁冷頁的意思就是：當一個頁被釋放時，默認設置為熱頁，因為該頁可能有些地址還處於映射到CPUcache的情況，當該CPU上有進程申請單個頁框時，優先把這些熱頁分配出去，這樣能提高cache命中率，提高效率。而實現方法也很簡單，如果是熱頁，則把它加入到CPU頁框高速緩存鏈表的鏈表頭，如果是冷頁，則加入到鏈表尾，如下：
void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
{
/* 頁框所處管理區 */
struct zone *zone = page_zone(page);
struct per_cpu_pages *pcp;
unsigned long flags;
/* 頁框號 */
unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
int migratetype;
/* 檢查 */
if (!free_pages_prepare(page, 0))
return;
/* 獲取頁框類型 */
migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
/* 設置頁框類型 */
set_freepage_migratetype(page, migratetype);
local_irq_save(flags);
__count_vm_event(PGFREE);
if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
/* 如果不是高速緩存類型，則放回伙伴系統 */
if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
goto out;
}
migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
}
/* 放入當前CPU高速緩存中 */
pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
if (!cold)
list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
else
list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
pcp->count++;
/* 當前CPU高速緩存中頁框數量高於最大值，將pcp->batch數量的頁框放回伙伴系統 */
if (pcp->count >= pcp->high) {
unsigned long batch = ACCESS_ONCE(pcp->batch);
free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
pcp->count -= batch;
}
out:
local_irq_restore(flags);
}
無論是單個頁框的釋放，還是連續多個頁框的釋放，最後都是調用到free_one_page()函數，這個函數的第四個參數指明了order值：
static void free_one_page(struct zone *zone,
struct page *page, unsigned long pfn,
unsigned int order,
int migratetype)
{
unsigned long nr_scanned;
/* 管理區上鎖 */
spin_lock(&zone->lock);
/* 數據更新 */
nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
if (nr_scanned)
__mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
/* 內存隔離使用 */
if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
is_migrate_isolate(migratetype))) {
migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
}
/* 釋放page開始的order次方個頁框到伙伴系統，這些頁框的類型時migratetype */
__free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
/* 管理區解鎖 */
spin_unlock(&zone->lock);
}
整個釋放過程的核心函數就是__free_one_page()，裡面有個算法是分析是否能夠對此段頁框附近的頁框進行合並的，其實原理很簡單，往前檢查order次方個連續頁框是否為空閒頁框，再往後檢查order次方個連續頁框是否為空閒頁框，如果其中一者成立，則合並，並order++，繼續檢查，但是注意，這些頁框都必須為同一個管理區，因為伙伴系統是以管理區為單位的。如下：
static inline void __free_one_page(struct page *page,
unsigned long pfn,
struct zone *zone, unsigned int order,
int migratetype)
{
/* 保存塊中第一個頁框的下標，這個下標相對於管理區而言，而不是node */
unsigned long page_idx;
unsigned long combined_idx;
unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
struct page *buddy;
int max_order = MAX_ORDER;
VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
if (unlikely(PageCompound(page)))
if (unlikely(destroy_compound_page(page, order)))
return;
VM_BUG_ON(migratetype == -1);
if (is_migrate_isolate(migratetype)) {
/*
* We restrict max order of merging to prevent merge
* between freepages on isolate pageblock and normal
* pageblock. Without this, pageblock isolation
* could cause incorrect freepage accounting.
*/
/* 如果使用了內存隔離，則最大的order應該為MAX_ORDER與pageblock_order+1中最小那個，實際上在沒有大頁的情況下，這兩個值相等，如果有大頁的情況下，則不一定 */
max_order = min(MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
} else {
__mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
}
/* page的pfn號 */
page_idx = pfn & ((1 << max_order) - 1);
VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
/* 主要，最多循環10次，每次都盡量把一個塊和它的伙伴進行合並，以最小塊開始 */
while (order < max_order - 1) {
/* buddy_idx = page_idx ^ (1 << order) */
/* buddy_idx是page_idx的伙伴的頁框號 */
/* 伙伴的頁框號就是page_idx的第(1 << order)位的相反數，比如(1<<order)是4，page_idx是01110，則buddy_idx是01010，由此可見伙伴並不一定是之後的區間 */
/*
* 對於000000 ~ 001000這個頁框號區間，假設order是3，左邊是第一種情況，右邊是另一種情況
*
* -----------
* | |
* | |
* | |
* page_idx = 000100 ------> |-----------| 計算後buddy_idx = 000100
* | |
* | |
* | |
* 計算後buddy_idx = 000000 ----------- page_idx = 000000
*/
buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
/* 伙伴的頁描述符，就是buddy_idx對應的頁描述符 */
buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
/* 檢查buddy是否描述了大小為order的空閒頁框塊的第一個頁 */
if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
break;
/*
* Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
* merge with it and move up one order.
*/
if (page_is_guard(buddy)) {
/* 設置了PAGE_DEBUG_FLAG_GUARD */
clear_page_guard_flag(buddy);
set_page_private(buddy, 0);
if (!is_migrate_isolate(migratetype)) {
__mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order,
migratetype);
}
} else {
/* 將伙伴從當前空閒鏈表中移除出來 */
list_del(&buddy->lru);
zone->free_area[order].nr_free--;
rmv_page_order(buddy);
}
/* combined_idx 是 buddy_idx 與 page_idx 中最小的那個idx */
combined_idx = buddy_idx & page_idx;
page = page + (combined_idx - page_idx);
page_idx = combined_idx;
order++;
}
set_page_order(page, order);
/* 循環結束，標記了釋放的連續page已經和之後的連續頁形成了一個2的order次方的連續頁框塊 */
/* 檢查能否再進一步合並 */
if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
struct page *higher_page, *higher_buddy;
combined_idx = buddy_idx & page_idx;
higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
list_add_tail(&page->lru,
&zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
goto out;
}
}
/* 加入空閒塊鏈表 */
list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
out:
/* 對應空閒鏈表中空閒塊數量加1 */
zone->free_area[order].nr_free++;
}
整個頁框釋放過程就是這樣，也比較簡單，或許就最後那個合並算法會稍微復雜一些。
