Linux页框分配器的内存碎片化整理是什么

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本篇内容主要讲解“Linux 页框分配器的内存碎片化整理是什么”，感兴趣的朋友不妨来看看。本文介绍的方法操作简单快捷，实用性强。下面就让丸趣 TV 小编来带大家学习“Linux 页框分配器的内存碎片化整理是什么”吧!

页框分配器在慢速分配中包括内存碎片化整理和内存回收，代码如下：

static inline struct page * __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, struct alloc_context *ac) { page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac, INIT_COMPACT_PRIORITY,  compact_result); ...... page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,  did_some_progress); ...... }

出于篇幅设计，这次我们只讲内存的碎片化整理，下文再讲内存回收。

什么是内存碎片化

Linux 物理内存碎片化包括两种：内部碎片化和外部碎片化。

内部碎片化：

指分配给用户的内存空间中未被使用的部分。例如进程需要使用 3K bytes 物理内存，于是向系统申请了大小等于 3Kbytes 的内存，但是由于 Linux 内核伙伴系统算法最小颗粒是 4K bytes，所以分配的是 4Kbytes 内存，那么其中 1K bytes 未被使用的内存就是内存内碎片。

外部碎片化：

指系统中无法利用的小内存块。例如系统剩余内存为 16K bytes，但是这 16K bytes 内存是由 4 个 4K bytes 的页面组成，即 16K 内存物理页帧号 #1 不连续。在系统剩余 16K bytes 内存的情况下，系统却无法成功分配大于 4K 的连续物理内存，该情况就是内存外碎片导致。

碎片化整理算法

Linux 内存对碎片化的整理算法主要应用了内核的页面迁移机制，是一种将可移动页面进行迁移后腾出连续物理内存的方法。

假设存在一个非常小的内存域如下：

蓝色表示空闲的页面，白色表示已经被分配的页面，可以看到如上内存域的空闲页面 (蓝色) 非常零散，无法分配大于两页的连续物理内存。

下面演示一下内存规整的简化工作原理，内核会运行两个独立的扫描动作：第一个扫描从内存域的底部开始，一边扫描一边将已分配的可移动 (MOVABLE) 页面记录到一个列表中：

另外第二扫描是从内存域的顶部开始，扫描可以作为页面迁移目标的空闲页面位置，然后也记录到一个列表里面：

等两个扫描在域中间相遇，意味着扫描结束，然后将左边扫描得到的已分配的页面迁移到右边空闲的页面中，左边就形成了一段连续的物理内存，完成页面规整。

碎片化整理的三种方式

static struct page * __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac, enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result) { struct page *page; unsigned int noreclaim_flag; if (!order) return NULL; noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save(); *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac, prio); memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag); if (*compact_result  = COMPACT_INACTIVE) return NULL; count_vm_event(COMPACTSTALL); page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac); if (page) { struct zone *zone = page_zone(page); zone- compact_blockskip_flush = false; compaction_defer_reset(zone, order, true); count_vm_event(COMPACTSUCCESS); return page; } count_vm_event(COMPACTFAIL); cond_resched(); return NULL; }

这也是上面 memory compaction 算法的代码实现。

在 linux 内核里一共有 3 种方式可以碎片化整理，我们总结如下：