物理内存管理:请求PFN慢速分配实现(2)
物理内存管理:请求PFN慢速分配实现(2)
之前分析了请求Physical Frame Number的主体函数 。当主体函数中的get_page_from_freelist() 分配失败后，自动进入 __alloc_pages_slowpath()进行慢速分配，首先会降低分配物理页框的条件。
检查请求分配的order阶数，如果超过了MAX_ORDER，则说明可能出现错误，返回空值。之后会检查传入慢速分配函数的参数gfp_mask是否指定GFP_THISNODE 和开启了NUMA，这个表示不能进行内存回收。如果成立则直接跳转到nopage。
经过上面的检查，系统开始正式分配空闲page frame，首先kernel通过wake_all_kswapds()唤醒每个zone所属node的kswapd守护进程（在kswapd没有在禁止的情况下），回收不经常使用的page frame。当将不经常使用的page frame回收以后，使用gfp_to_alloc_flags()对分配标志进行调整，稍微降低分配标准，以便再一次使用get_page_from_freelist()函数进行page frame 分配。
__alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
nodemask_t *nodemask, struct zone *preferred_zone,
int classzone_idx, int migratetype)
{
const gfp_t wait = gfp_mask & __GFP_WAIT;
struct page *page = NULL;
int alloc_flags;
unsigned long pages_reclaimed = 0;
unsigned long did_some_progress;
enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
bool deferred_compaction = false;
int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
if (order >= MAX_ORDER) {
WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
return NULL;
}
if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
(gfp_mask & GFP_THISNODE) == GFP_THISNODE)
goto nopage;
retry:
if (!(gfp_mask & __GFP_NO_KSWAPD))
wake_all_kswapds(order, zonelist, high_zoneidx,
preferred_zone, nodemask);
alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !nodemask) {
struct zoneref *preferred_zoneref;
preferred_zoneref = first_zones_zonelist(zonelist, high_zoneidx,
NULL, &preferred_zone);
classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
}
page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask, order, zonelist,
high_zoneidx, alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS,
preferred_zone, classzone_idx, migratetype);
if (page)
goto got_pg;
....
如果page不为空，则说明内存申请成功，否则继续进行慢速page frame分配。 如果设置了ALLOC_NO_WATERMARKS标志，那么此时会忽略水印，并此时进入__alloc_pages_high_priority()。这个函数内部会至少会再次调用get_page_from_freelist()，如果设置了__GFP_NOFAIL标志，则不断的循环等待并尝试进行内存分配。
__alloc_pages_high_priority()
if (!wait) {
WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
goto nopage;
}
/* Avoid recursion of direct reclaim */
if (current->flags & PF_MEMALLOC)
goto nopage;
/* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
goto nopage;
判断wait，如果调用者希望原子分配内存，则不能等待内存回收，返回NULL，如果当前进程就是内存回收进程（PF_MEMALLOC），则直接跳出，如果当前进程已经die，而且系统没有设置不准失败的位，直接返回nopage。否则如果当前进程设置了不准失败(__GFP_NOFAIL)，则死循环继续分配，等待其他线程释放一点点内存。
page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, zonelist,
high_zoneidx, nodemask, alloc_flags,
preferred_zone,
classzone_idx, migratetype,
migration_mode, &contended_compaction,
&deferred_compaction);
if (page)
goto got_pg;
kernel尝试压缩内存。这样可以将一些小的外部碎片合并成大页面，这样也许能够满足内存分配要求。内存压缩是通过页面迁移实现的，第一次调用的时候，是非同步的。第二次调用则是同步方式。
page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order,
zonelist, high_zoneidx,
nodemask,
alloc_flags, preferred_zone,
migratetype, &did_some_progress);
if (page)
goto got_pg;
上面这个函数是真正的慢速分配的核心，它最终调用try_to_free_pages()回收一些最近很少用的页，然后将其写回磁盘上的交换区，以便在物理内存中腾出更多的空间。最终内核会再次调用get_page_from_freelist()尝试分配内存。
__perform_reclaim()函数中返回一个unsigned long *did_some_progress变量，标示是否成功分配page。如果这个变量进入下面代码
pages_reclaimed += did_some_progress;
if (should_alloc_retry(gfp_mask, order, did_some_progress,
pages_reclaimed)) {
if (!did_some_progress) {
page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, zonelist,
high_zoneidx, nodemask,
preferred_zone, classzone_idx,
migratetype,&did_some_progress);
if (page)
goto got_pg;
if (!did_some_progress)
goto nopage;
}
} else {
page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, zonelist,
high_zoneidx, nodemask, alloc_flags,
preferred_zone,
classzone_idx, migratetype,
migration_mode, &contended_compaction,
&deferred_compaction);
if (page)
goto got_pg;
}
上面代码，可以看出系统还在尽量分配代码，判定是否重新执行__alloc_pages_direct_compact()，这次属于同步操作。如果判定不用执行该函数，也就意味着，kernel开始怀疑是否发生了OOM(out of memory)。如果当前请求内存的进程发生了OOM，也就是说该进程试图拥有过多的内存，那么此时内核会调用OOM killer杀死它。并且跳转到restart处，重新进行内存分配。
最后就是两个goto跳转函数:
nopage:
warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
return page;
got_pg:
if (kmemcheck_enabled)
kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
return page;
nopage顾名思义就是没有足够的page frame 来alloc，got_pg就是系统分配到了page，我们跳转到__alloc_pages_direct_compact()和__alloc_pages_direct_reclaim()中看到都是先进行page的回收，然后再在get_page_from_freelist()中完成的，它根据伙伴算法分配所需大小的页框。
最后留下了代码段，不是特别明确，还需要继续看代码
2755 /* Checks for THP-specific high-order allocations */
2756 if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) == GFP_TRANSHUGE) {
...
2791 if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) != GFP_TRANSHUGE ||
2792 (current->flags & PF_KTHREAD))
2793 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
参考：