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交换与 Zswap 机制与实现详解

交换与 Zswap 机制与实现详解

源码路径：rk3588/kernel-6.1/mm/swap.c、swapfile.c、swap_state.c、swap_slots.c、page_io.c、zswap.c、frontswap.c
内核版本：Linux 6.1（RK3588）
文档目录：linuxDoc/mm/

目录

一、原理

1.1 Swap 的作用

当 物理内存不足，回收器可将 匿名页 内容写到 swap 设备/文件，释放物理页给其它用途；再次访问时 缺页 从 swap 读回（do_swap_page）。

文件页通常 直接丢弃 page cache（可从磁盘重读），匿名页无后备存储，必须 swap 或保留。

1.2 Swap 与 swappiness

vm.swappiness（0–100）控制回收时 匿名页 vs 文件页 比例：

  • 高：更积极 swap 匿名页
  • 低：优先丢 file cache

1.3 Zswap

在页写入块设备 之前，尝试 压缩 到 RAM 池（zpool）；命中时避免慢速 eMMC/UFS I/O，未命中再写 swap。

1.4 Frontswap

抽象层，允许 zswap 等后端挂在 swap 路径前；frontswap.c 提供注册接口。

二、实现方式

2.1 换出路径（回收）

vmscan.c shrink_page_list 对匿名页：

  1. add_to_swap：分配 swap slot，页标 SWAP_TYPE
  2. try_to_unmap（06 文档）
  3. swap_writepage / __swap_writepage：写 page_io.c 提交 bio
  4. 成功后页可从 LRU 移除并释放物理帧

2.2 换入路径（缺页）

memory.c do_swap_page：

  1. 根据 PTE swap entry 找 swap_info_struct
  2. read_swap_cache_async 或同步读
  3. 安装有效 PTE，更新 RSS

2.3 swap 子文件分工

文件 职责
swap.c 全局 swap 锁、类型、统计、swap_setup
swapfile.c swapon/swapoff、swap 区注册
swap_state.c swap cache（类似 address_space）
swap_slots.c slot 分配/释放
page_io.c 实际 I/O 完成回调

2.4 swap_setup

swap.c swap_setup() 启动时解析 swap= 等，初始化 swap 链表。

2.5 zswap.c

  • 注册 frontswap 操作
  • 压缩算法（lzo/lz4/zstd 等，Kconfig 选择）
  • 内存池 zpool（zpool.c + zbud/zsmalloc 后端）
  • 压缩失败或池满则 fallback 到真实 swap

2.6 swap_cgroup.c

CONFIG_MEMCG + CONFIG_SWAP：按 cgroup 计 swap 使用量。

三、关键数据结构与接口

结构/接口 说明
swp_entry_t PTE 中编码的 swap 位置
struct swap_info_struct 每个 swap 设备/文件
get_swap_page 分配 slot
swap_readpage / swap_writepage I/O
zswap_store/load 压缩存取

四、RK3588 平台说明

  • 嵌入式产品 常关闭 swap 分区 或仅 zram，避免 eMMC 磨损与延迟。
  • 若 无 swap：匿名页回收只能靠释放或 OOM；swappiness 无效。
  • zram + zswap 组合在部分 Android/RK 镜像中出现，需看具体 defconfig。
  • 编解码大匿名分配 + 无 swap → OOM 风险上升，依赖 memcg 与 cache 回收。

五、调试与观测

手段 说明
/proc/swaps 已启用 swap
/proc/meminfo SwapTotal/Free/Cached
swapon -s 用户态查看
sysctl vm.swappiness 调整策略

附录：源码索引

主题 文件
swap 核心 swap.c
swapon swapfile.c
zswap zswap.c
swap in fault memory.c (do_swap_page)

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