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内存回收与压缩机制与实现详解

内存回收与压缩机制与实现详解

源码路径：rk3588/kernel-6.1/mm/vmscan.c、workingset.c、compaction.c、vmpressure.c
内核版本：Linux 6.1（RK3588）
文档目录：linuxDoc/mm/

目录

一、原理

1.1 为什么需要回收

当 空闲页低于水位线，__alloc_pages 无法从 buddy 取页，必须 回收 已占用的 cache 或可换出匿名页，归还 buddy。

两种路径：

类型 触发 执行上下文
后台回收 free ≤ low kswapd 内核线程
直接回收 free ≤ min，分配慢路径 分配者上下文同步

1.2 LRU 分类

每 zone 的 lruvec 维护链表：

  • active / inactive × file / anon
  • 访问会 activate；长时间未访问在 inactive 上被扫描
  • swappiness（0–100）：倾向回收 anon（换出）还是 file（丢 cache）

1.3 Working Set

workingset 区分「常被重用的 cache」与「一次性 cache」，通过 refault 距离调整回收积极性，减少 thrashing。

1.4 压缩（Compaction）

外部碎片：总空闲足够但无连续物理块。compaction 迁移可移动页，拼凑高 order 空闲块，服务于 CMA、THP、大块 DMA。

二、实现方式

2.1 kswapd 与 balance_pgdat

每个 node 有 kswapd 线程，核心 balance_pgdat(pgdat, order, highest_zoneidx)（vmscan.c ~7021）：

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static int balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order, int highest_zoneidx)
{
	struct scan_control sc = { .gfp_mask = GFP_KERNEL, .order = order, ... };
	sc.priority = DEF_PRIORITY;
	do {
		// shrink_zones / shrink_node
		// 直到 zone 达到 balance 或 priority 用尽
	} while (...);
}
  • scan_control：本次扫描的 gfp 掩码、order、是否允许 unmap/swap、target memcg 等
  • priority：从 12 递减，扫描强度递增

2.2 shrink 链路

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shrink_node
  └─ shrink_zones
       └─ shrink_lruvec
            └─ shrink_list (active/inactive)
                 └─ shrink_page_list
                      ├─ 文件页：try_to_unmap → 若脏则 writeback → 释放
                      └─ 匿名页：swap_out 或释放（若已 unmapped）

2.3 direct reclaim

__alloc_pages_slowpath → __perform_reclaim → 同样使用 scan_control，在调用进程上下文执行，可能显著增加延迟。

2.4 workingset.c

  • workingset_refault：页被回收后再次 fault
  • eviction_lru / shadow entries：估计 active/inactive 比例
  • 与 memcg 层级统计协同

2.5 compaction.c

compact_zone / try_to_compact_pages：

  1. isolate：从 zone 尾部 isolate 可迁移空闲页
  2. migrate：migrate_pages 将可移动页搬到新位置（依赖 06 rmap）
  3. free：合并目标区域为大块

同步触发：高 order 分配失败且 __GFP_COMP 等条件允许。

2.6 vmpressure.c

向 memcg 或 userspace（eventfd）报告 low/medium/critical 压力，供 Android/lmkd 类策略使用。

2.7 PSI（Pressure Stall Information）

vmscan 与分配路径调用 psi_memstall_enter/leave，统计因内存等待的 CPU 停滞时间（/proc/pressure/memory）。

三、关键数据结构与接口

符号 说明
struct scan_control 一次回收扫描参数
balance_pgdat node 级回收
shrink_page_list 处理一批 LRU 页
try_to_compact_pages 分配慢路径压缩
lru_add_drain 将 per-cpu LRU 批提交到 lruvec

四、RK3588 平台说明

  • 多路 YPC 编码：匿名堆 + 媒体 buffer 压力上升 → kswapd 活跃、pgscan_* 计数增加。
  • 调 vm.swappiness：嵌入式常偏低，减少 swap I/O，更倾向丢 file cache。
  • CMA 分配失败 时查看是否需 手动触发 compact 或增大 CMA 预留（09 文档）。
  • 与 schedutil 无直接调用；回收占用 CPU 会影响调度负载观测。

五、调试与观测

接口 字段示例
/proc/vmstat pgscan_kswapd, pgsteal_*, compact_*
/proc/meminfo Active(file), Inactive(anon)
/proc/pressure/memory some/full avg10

附录：源码索引

主题 文件 约略行号
balance_pgdat vmscan.c 7021
compaction compaction.c 全文
workingset workingset.c 全文

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