反向映射机制与实现详解

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

目录

• 一、原理
• 二、实现方式
• 三、关键数据结构与接口
• 四、与其它子系统协作
• 五、调试与观测
• 附录：源码索引

一、原理

1.1 正向 vs 反向映射

无 rmap 时，内核无法知道某 物理页 还被哪些进程映射，不能安全回收或迁移。

1.2 两类映射

匿名页（堆、栈、匿名 mmap）：

• 通过 anon_vma / anon_vma_chain 挂到相关 VMA
• fork 后树状共享 anon_vma

文件页（page cache）：

• 通过 address_space->i_mmap（interval tree）记录所有 mmap 该文件的 VMA
• 每个 VMA 内再用页表遍历

1.3 锁顺序

rmap.c 文件头定义 MM 全局 锁顺序（mmap_lock → inode/i_mmap → page lock → anon_vma → pte lock → lru_lock）。违反易死锁。

二、实现方式

2.1 遍历映射：page_vma_mapped_walk

page_vma_mapped.c 提供 page_vma_mapped_walk：

• 在指定 VMA 的页表范围内查找 指向目标 pfn 的 PTE
• 支持 THP、PMD 映射等层级

rmap 中 try_to_unmap_one、page_mkclean 等均依赖此 walker。

2.2 匿名 VMA 建立

• anon_vma_prepare / __anon_vma_prepare：首次映射匿名页时创建 anon_vma
• anon_vma_fork：fork 复制/合并 anon_vma 树
• anon_vma_init：启动期初始化 slab cache

2.3 解除映射：try_to_unmap

回收路径调用 try_to_unmap(folio, flags)：

• 文件页：遍历 mapping->i_mmap 中 VMA
• 匿名页：遍历 folio_anon_vma(folio) 链
• 对每个 VMA 调用 try_to_unmap_one：

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static bool try_to_unmap_one(struct folio *folio, struct vm_area_struct *vma,
		// ...
	while (page_vma_mapped_walk(&pvmw)) {
		// 清除 PTE 或换出
	}

flags 含 TTU_IGNORE_MNU、TTU_BATCH_FLUSH 等。

2.4 写回与 COW 辅助

2.5 TLB flush

unmap 后通过 flush_tlb_batched_pending / mmu_notifier 通知架构刷新 TLB。

三、关键数据结构与接口

四、与其它子系统协作

• 07 回收：必须先 unmap 才能释放 file/anon 页
• 09 CMA / migrate：migrate_pages 需 rmap 协助
• 04 缺页：建立映射时注册 anon_vma / i_mmap

五、调试与观测

• 死锁排查：对照 rmap.c 锁顺序与持有锁的栈
• CONFIG_DEBUG_VM_RB 等选项可校验 interval tree

附录：源码索引

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/

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• 一、原理
• 二、实现方式
• 三、关键数据结构与接口
• 四、RK3588 平台说明
• 五、调试与观测
• 附录：源码索引

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：

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

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

附录：源码索引

OOM 机制与实现详解

源码路径：rk3588/kernel-6.1/mm/oom_kill.c
内核版本：Linux 6.1（RK3588）
文档目录：linuxDoc/mm/

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• 一、原理
• 二、实现方式
• 三、关键数据结构与接口
• 四、memcg OOM 与全局 OOM
• 五、RK3588 平台说明
• 六、调试与观测
• 附录：源码索引

一、原理

1.1 何时触发 OOM

当 __alloc_pages 慢路径 在以下手段后仍失败：

• direct reclaim
• compaction
• （可能）多次重试

则调用 __alloc_pages_may_oom() → out_of_memory()。

OOM 不是「物理 RAM 为 0」，而是 在给定 gfp/zone/cpuset 约束下无法满足分配。

1.2 设计目标

在系统崩溃与随机杀进程之间，选择 oom_score 最高的进程终止，释放其 RSS + 页表 + 缓存引用，使后续分配成功。

1.3 与回收的区别

二、实现方式

2.1 入口：out_of_memory()

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bool out_of_memory(struct oom_control *oc)
{
	if (oom_killer_disabled)
		return false;
	// notifier 可能释放内存
	if (task_will_free_mem(current)) {
		mark_oom_victim(current);
		queue_oom_reaper(current);
		return true;
	}
	// GFP_NOFS 等约束可能跳过全局 OOM
	oc->constraint = constrained_alloc(oc);
	check_panic_on_oom(oc);
	// sysctl: oom_kill_allocating_task
	select_bad_process(oc);
	oom_kill_process(oc, ...);
	return !!oc->chosen;
}

2.2 struct oom_control

记录本次 OOM 上下文：

• gfp_mask、order、zonelist
• memcg（若为 cgroup OOM）
• chosen：选中 victim
• constraint：NUMA / cpuset / policy 限制

2.3 选择 victim：select_bad_process

遍历进程（for_each_process 或 memcg 子树）：

• 计算 oom_badness：RSS、swap、调度类、硬件损坏等
• 加上 oom_score_adj（/proc/<pid>/oom_score_adj，-1000 永不杀）
• 跳过 内核线程、PF_KTHREAD、OOM_SCORE_ADJ_MIN 等

2.4 杀进程：oom_kill_process

1. mark_oom_victim：设置 TIF_MEMDIE 等
2. 发送 SIGKILL（或依赖 oom reaper）
3. oom_reaper 内核线程加速释放 victim 的 mm（unmap、释放页）

2.5 分配进程优先退出

若当前进程 task_will_free_mem（已有 SIGKILL、正在 exit），直接选为 victim，便于 快速释放 而不搜全局。

2.6 pagefault OOM

pagefault_out_of_memory()：缺页路径无 gfp 上下文，主要处理 memcg OOM；全局 OOM 仍由分配上下文触发。

2.7 panic 路径

• panic_on_oom：OOM 时内核 panic
• 无可杀进程：panic("System is deadlocked on memory")

三、关键数据结构与接口

四、memcg OOM 与全局 OOM

memcg 路径 mem_cgroup_out_of_memory → 仍调用 out_of_memory 但 is_memcg_oom(oc) 为真，仅杀组内进程。

五、RK3588 平台说明

• 编码服务 + 多客户端：建议用 memcg 限制单应用，避免一次全局 OOM 杀掉编码守护进程。
• lmkd（Android）根据 adj 与 vmpressure 杀应用，与内核 OOM 互补。
• 调 oom_score_adj 保护关键进程（如 mediaserver、自定义编码器）。

六、调试与观测

附录：源码索引

CMA 连续内存机制与实现详解

源码路径：rk3588/kernel-6.1/mm/cma.c、cma.h、cma_debug.c、cma_sysfs.c
内核版本：Linux 6.1（RK3588）
文档目录：linuxDoc/mm/

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• 一、原理
• 二、实现方式
• 三、关键数据结构与接口
• 四、RK3588 平台说明
• 五、调试与观测
• 附录：源码索引

一、原理

1.1 问题背景

DMA、摄像头、显示、VPU 等硬件常要求 物理地址连续 的缓冲区。伙伴分配器在高 order 或碎片化严重时难以提供大块连续物理页。

1.2 CMA 思路

在启动早期 预留 一片物理连续区域：

• 平时：页作为 MIGRATE_CMA 类型进入 buddy，可被 可迁移 的普通分配使用
• 驱动需要时：从 CMA 池分配，通过 迁移（compaction） 腾出连续物理块并 pin 住

兼顾 系统内存利用率 与 驱动连续内存需求。

1.3 与 reserved-memory 区别

DT 中 linux,cma 与独立 reserved-memory 可并存。

二、实现方式

2.1 初始化

1. DT / cma= 启动参数指定区域名、大小、对齐
2. cma_init_reserved_memblock() 在 memblock 阶段 reserve
3. cma_init_reserved_areas()：buddy 初始化后，将区域页标为 MIGRATE_CMA，建立 bitmap 跟踪 CMA 内分配

struct cma 字段：base_pfn、count、bitmap、name、order_per_bit。

2.2 分配：cma_alloc()

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struct page *cma_alloc(struct cma *cma, unsigned long count,
		       unsigned int align, bool no_warn)
{
	// bitmap_find_next_zero_area_off 找连续空闲位
	bitmap_set(...);
	pfn = cma->base_pfn + (bitmap_no << cma->order_per_bit);
	ret = alloc_contig_range(pfn, pfn + count, MIGRATE_CMA, GFP_KERNEL);
	// 失败则 cma_clear_bitmap 并重试
}

要点：

• bitmap 防止重复分配同一段
• alloc_contig_range（compaction.c）：isolate + migrate 腾出 [pfn, pfn+count)
• 失败 -EBUSY 时换偏移重试

2.3 释放：cma_release()

清除 bitmap，free_contig_range 将页归还 CMA migratetype 的 buddy。

2.4 驱动 API

2.5 与 page_alloc 协作

• 普通 GFP 不应长期占用 CMA 页；is_migrate_cma() 检查
• NR_FREE_CMA_PAGES 在 vmstat 中统计
• 分配 CMA 时可能触发 全局 compact

三、关键数据结构与接口

四、RK3588 平台说明

4.1 典型配置

• defconfig CONFIG_CMA=y
• DT reserved-memory 下 linux,cma 默认池
• 显示/ISP/VPU 可能还有 命名 CMA 或固定 reserve

4.2 编解码场景

• drm_gem_cma、vb2 dma-contig 等从 CMA 取 buffer
• 多路编码同时分配大块 → CmaFree 下降、compact 频繁 → 延迟抖动
• 排查：/proc/meminfo 的 CmaTotal/CmaAllocated/CmaFree

4.3 失败处理

• 增大 DT CMA 或 cma=512M 等启动参数
• 减少用户态 hoarding dmabuf
• 检查是否有驱动泄漏未 cma_release

五、调试与观测

附录：源码索引

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/

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• 二、实现方式
• 三、关键数据结构与接口
• 四、RK3588 平台说明
• 五、调试与观测
• 附录：源码索引

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

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

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

附录：源码索引

cgroup 内存控制机制与实现详解

源码路径：rk3588/kernel-6.1/mm/memcontrol.c、vmpressure.c、mempolicy.c、page_counter.c、swap_cgroup.c
内核版本：Linux 6.1（RK3588）
文档目录：linuxDoc/mm/

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• 一、原理
• 二、实现方式
• 三、关键数据结构与接口
• 四、RK3588 平台说明
• 五、调试与观测
• 附录：源码索引

一、原理

1.1 cgroup v2 内存控制器

memcg 将进程的 RSS、cache、swap、kernel 内存 计入对应 cgroup，支持：

• limit：硬上限，超限触发 reclaim 或 OOM
• high/max：分层压力与上限
• 统计：memory.current、memory.stat
• 继承：子 cgroup 受父级约束

1.2 与全局 MM 的关系

分配页时若设置了 __GFP_ACCOUNT，在 __alloc_pages 返回后调用 __memcg_kmem_charge_page；匿名 fault、cache charge 亦挂钩。

回收时 scan_control 可带 target memcg，优先回收该组页。

1.3 NUMA policy（可选）

mempolicy.c：mbind、set_mempolicy、MPOL_BIND/INTERLEAVE 等，约束分配 node（RK3588 UMA 场景较少用）。

1.4 vmpressure

vmpressure.c 监测 cgroup 或全局的 回收效率，上报 low/medium/critical，供用户态 lmkd 等决策。

二、实现方式

2.1 核心结构 memcontrol.c

2.2 charge 路径

1. mem_cgroup_charge / mem_cgroup_charge_skmem
2. 超限 → drain_all_stock / reclaim → 仍失败 → memcg OOM
3. cancel_charge 在释放时回退

2.3 kmem accounting

memcg_kmem_enabled() 时 slab 对象可计入 memory.kmem（__memcg_kmem_charge_page 在 __alloc_pages 尾路径）。

2.4 OOM

mem_cgroup_out_of_memory → out_of_memory 且 is_memcg_oom，仅杀该 cgroup 内进程（见 08 文档）。

2.5 swap_cgroup.c

swap 页计入 memory.swap，与 limit 协同。

2.6 list_lru 与 memcg

list_lru.c 提供 per-memcg LRU（inode、dentry 等），文件缓存可按组回收。

2.7 memory-tiers.c（NUMA）

若 CONFIG_NUMA，内存分层与 tier 统计；RK3588 单 node 通常不启用热路径。

三、关键数据结构与接口

cgroup v2 挂载：/sys/fs/cgroup（unified hierarchy）。

四、RK3588 平台说明

• Android：应用 cgroup 由 lmkd/init 配置，memory.min/low/high 影响杀进程策略。
• 编码服务：可为客户端进程设 memory.max，防止单路拉垮整机。
• PSI + vmpressure：与 07 文档 PSI 结合，做自适应限流。

五、调试与观测

附录：源码索引

扩展内存机制与实现详解

源码路径：rk3588/kernel-6.1/mm/vmalloc.c、gup.c、migrate.c、hugetlb.c、huge_memory.c、shmem.c、memfd.c、ksm.c、userfaultfd.c、hmm.c、damon/ 等
内核版本：Linux 6.1（RK3588）
文档目录：linuxDoc/mm/

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• 一、原理
• 二、实现方式
• 三、各机制对照表
• 四、RK3588 平台说明
• 五、调试与观测
• 附录：源码索引

一、原理

除核心「页分配 + VMA + page cache + 回收」外，MM 还提供多种 专用内存机制，分别解决：

二、实现方式

2.1 vmalloc（vmalloc.c）

• 在 VMALLOC_START–VMALLOC_END 虚拟范围分配 连续虚拟地址
• 物理页逐页 alloc_page，通过 vmalloc 页表 映射
• 用于模块加载、大缓冲区、vmap 等
• vmalloc_init 建立 vmap_area 红黑树/链表管理

2.2 GUP（gup.c）

get_user_pages / pin_user_pages：

• 遍历用户 PTE，将页 pin 住（增加 ref），供 RDMA、VFIO、io_uring、drm 等 DMA
• FOLL_* 标志：写、force、longterm 等
• 与 mmu_notifier 协同（设备 unmap 通知）

2.3 migrate（migrate.c）

migrate_pages / unmap_and_move：

• 将 folio 从一组 PFN 搬到新 PFN
• 更新 rmap PTE，flush TLB
• 用于 NUMA balancing、memory hotplug、CMA/compaction、memory failure

2.4 hugetlb（hugetlb.c）

• 启动预留或运行时从 buddy 分配 大页池（如 2MB）
• hugetlbfs 文件系统 mmap 使用固定大页
• hugetlb_cgroup.c 限制大页使用

2.5 透明大页 THP（huge_memory.c + khugepaged.c）

• khugepaged 内核线程：扫描匿名 VMA，合并为 PMD 大页
• fault 路径 create_huge_pmd（04 文档）
• sysfs /sys/kernel/mm/transparent_hugepage

2.6 shmem（shmem.c）

• tmpfs、ashmem、memfd 底层
• 基于 shmemfs 的 page cache + swap 支持
• shmem_mmap、写时复制、锁页

2.7 memfd（memfd.c）

• memfd_create：匿名 sealed 内存 fd
• 与 shmem 集成，Android 共享内存常用

2.8 KSM（ksm.c）

• 扫描匿名页内容，合并相同页 为一份只读共享
• 写时拆分；虚拟机去重场景多，嵌入式较少开

2.9 userfaultfd（userfaultfd.c）

• 用户注册 缺页 / 迁移 处理
• QEMU live migration、用户态 pager

2.10 HMM（hmm.c）

• GPU 等设备与进程地址空间 镜像、迁移设备页

2.11 DAMON（damon/）

• 监控访问频率，模块可做 reclaim、lru_sort 等策略实验

2.12 其它

三、各机制对照表

四、RK3588 平台说明

五、调试与观测

附录：源码索引

mm/ 内存管理机制与原理详解

源码路径：rk3588/kernel-6.1/mm/
内核版本：Linux 6.1（RK3588 平台）
平台：RK3588（ARM64，典型配置含 CMA、DMA32、无 highmem）
文档目录：linuxDoc/mm/

该目录实现 Linux 6.1 的 内存管理（Memory Management, MM）子系统，涵盖从引导期物理内存描述、伙伴页分配、SLUB 小对象分配、虚拟地址空间与缺页、页缓存与写回、反向映射与回收，到 OOM、CMA、cgroup 限流等完整链路。目录内 无 Rockchip 专有补丁；RK3588 相关内存布局与预留通常在设备树、arch/arm64/ 及驱动中配置。

目录

• 一、子系统职责与架构
• 二、源码目录与编译结构
• 三、启动期内存初始化
• 四、物理页分配（伙伴系统）
• 五、小对象分配（SLUB）
• 六、虚拟内存与缺页
• 七、页缓存与文件 I/O
• 八、反向映射（rmap）
• 九、内存回收与压缩
• 十、OOM 杀手
• 十一、CMA 连续内存分配器
• 十二、交换与子系统扩展
• 十三、RK3588 / 编解码场景关联
• 十四、调试与观测
• 十五、总结
• 附录：关键函数与调用关系

延伸阅读：

• README.md — 文档索引
• 源码文件与模块索引.md
• 功能组专题（原理 + 实现）：01～12 号文档，见 README

一、子系统职责与架构

1.1 分层模型

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┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  用户态：mmap / brk / madvise / mincore / userfaultfd       │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  虚拟内存：VMA、页表、缺页、COW、mprotect、mremap            │
│           memory.c, mmap.c, mprotect.c, mremap.c            │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  页缓存 / 写回：filemap、readahead、writeback               │
│           filemap.c, readahead.c, page-writeback.c        │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  反向映射 + 回收：rmap、LRU、kswapd、compaction              │
│           rmap.c, vmscan.c, compaction.c, workingset.c      │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  物理页：伙伴分配器、zone、水位线、per-CPU 页列表           │
│           page_alloc.c, mmzone.c, vmstat.c                  │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  小对象：SLUB / SLAB / kmalloc                              │
│           slub.c, slab_common.c                             │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  引导期：memblock → sparse → buddy                          │
│           memblock.c, sparse.c, page_alloc.c                │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

1.2 核心抽象（Linux 6.1）

二、源码目录与编译结构

2.1 规模

mm/ 约 176 个文件（含 kasan/、kfence/、damon/ 等子目录），是内核中最大子系统之一。

2.2 Makefile 核心划分

始终编入内核（obj-y） 包括：page_alloc.c、memblock.c、filemap.c、vmscan.c、slub 公共部分等。

MMU 相关（CONFIG_MMU） 在 RK3588 ARM64 上必开，额外链接：

• memory.c, mmap.c, rmap.c, vmalloc.c, mprotect.c, mremap.c 等

常见 RK 产品 defconfig 可选项：

• CONFIG_CMA → 多媒体 / GPU 连续 DMA 内存
• CONFIG_SLUB → 默认 slab
• CONFIG_MEMCG → cgroup 内存限制
• CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE → 透明大页（可选）

完整文件列表见 源码文件与模块索引.md。

2.3 internal.h

internal.h 定义 MM 子系统内部接口与 GFP 约束，例如：

• GFP_RECLAIM_MASK：影响水位与回收行为的标志子集
• GFP_BOOT_MASK：早期引导可用标志
• folio 相关 inline、写回记账、unmap 辅助声明

驱动与通用内核代码应使用 <linux/mm.h>、<linux/gfp.h> 等公开头文件，而非直接依赖 internal.h。

三、启动期内存初始化

3.1 流程概览

3.2 memblock.c

memblock 在 buddy 与 slab 就绪前管理内存：

典型 API：

• memblock_add() / memblock_add_node()：登记可用内存
• memblock_reserve()：标记保留
• 引导末期：memblock_free_all() 将可用内存交给伙伴系统

RK3588：arch/arm64/ 与设备树解析在引导早期调用 memblock；reserved-memory 节点对应的区域在此阶段被 reserve。

3.3 sparse.c

CONFIG_SPARSEMEM 下，物理内存按 section 稀疏建模，避免为空洞内存分配 struct page 数组。CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP 可用虚拟 vmemmap 降低元数据开销。

3.4 init-mm.c

定义全局 init_mm（内核 swapper 页表），mm_users/mm_count 初始化，供内核线程与早期映射使用。

3.5 mm_init.c

提供启动后 校验与调试（如 CONFIG_DEBUG_MEMORY_INIT 下的 zonelist 打印、pageflags 布局检查），不参与运行时分配热路径。

四、物理页分配（伙伴系统）

详细原理与实现见 02-物理页分配机制与实现详解.md

4.1 核心文件

page_alloc.c（约 9800+ 行）— 空闲页管理中枢；注释说明 kmalloc 在 slab 中，页级分配在此文件。

4.2 伙伴算法与 order

• 物理页以 2^order 个连续页 为块管理（order 0 = 单页，order 9 = 512 页块等）。
• 分配时从合适 order 的 free_list 取块；若无则向更高 order 分裂。
• 释放时尝试与 buddy 合并，降低 外部碎片。

4.3 Zone 与 ARM64

RK3588 无 ZONE_HIGHMEM（64 位线性映射足够），highmem.c 一般不参与实际路径。

4.4 关键入口

1
2

struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order,
                           int preferred_nid, nodemask_t *nodemask);

• 慢路径：内存不足时触发 direct reclaim、compaction，仍失败则可能 OOM。
• per-CPU 页列表：减少锁竞争，bulk 分配/释放优化（见文件头历史注释）。

4.5 水位线（watermark）

每个 zone 有 min / low / high：

• 低于 low：唤醒 kswapd 后台回收
• 低于 min：分配器在 __alloc_pages 中同步回收（direct reclaim）
• min 以下仍无法满足 → 可能进入 OOM

统计项见 vmstat.c（如 NR_FREE_PAGES、NR_FREE_CMA_PAGES）。

4.6 GFP 标志（常用）

五、小对象分配（SLUB）

5.1 实现

RK3588 内核通常 CONFIG_SLUB=y：

• slub.c：per-CPU slab、per-node partial 列表，减少锁与 cache line 抖动
• slab_common.c：cache 创建、kmalloc 类型表、引导期 create_boot_cache

5.2 与页分配器关系

SLUB 向 __alloc_pages 申请 slab 页（order 由 kmem_cache 的 oo 决定），再在 slab 内切分对象。

5.3 启动顺序

1
2

kmem_cache_init()        // 早期，依赖 memblock 页
kmem_cache_init_late()   // 更完整 cache 集

5.4 调试子系统（可选）

六、虚拟内存与缺页

6.1 mmap.c

处理用户 mmap / munmap / brk：

• 创建/合并/拆分 VMA（vm_area_struct）
• 与文件 vm_ops、匿名映射、MAP_SHARED/MAP_PRIVATE 等语义
• Linux 6.1 中 VMA 管理逐步使用 maple tree（见 init-mm.c 中 mm_mt）

6.2 memory.c

缺页异常与页表操作核心：

• handle_mm_fault() → 根据 VMA 类型分发
• 匿名页：do_anonymous_page()，可能 COW（do_wp_page()）
• 文件页：常与 filemap.c 协作
• swap：do_swap_page() 从 swap 读入
• THP：与 huge_memory.c 协作（若开启）

6.3 相关系统调用文件

6.4 vmalloc.c

vmalloc：内核虚拟地址连续、物理页可分散，用于大块内核缓冲区、模块加载等。与 线性映射区（lowmem/direct map）分配路径不同。

6.5 init_mm 与用户进程

每个用户进程有独立 mm_struct；内核线程可借用 active_mm 或 init_mm。上下文切换时 switch_mm() 切换页表（架构相关，在 arch/arm64/）。

七、页缓存与文件 I/O

7.1 filemap.c

实现 通用文件 mmap 语义 与 page cache：

• filemap_fault：文件映射缺页，读盘或复用已有 folio
• filemap_read / filemap_write：缓冲 I/O 与页缓存交互
• 与 address_space、inode 锁、i_mmap_rwsem 协同

7.2 readahead.c

根据访问模式 预读 相邻页，降低顺序读延迟。

7.3 page-writeback.c + backing-dev.c

• 脏页标脏、回写线程、wb_writeback 等
• backing device 控制回写并发与脏页比例，避免内存被脏页占满

7.4 truncate.c

文件截断时释放或无效化 page cache 中超出文件大小的页。

八、反向映射（rmap）

8.1 作用

rmap.c 维护 物理页 → 所有映射它的 PTE 的关系，用于：

• 回收时 unmap 并剥离引用
• 迁移、KSM、内存故障 处理
• 判断页是否仍被引用（page_referenced）

8.2 两类映射

8.3 锁顺序

rmap.c 文件头注释了 MM 子系统 锁顺序，调试死锁时需严格遵守（mmap_lock → anon_vma/mapping → lru_lock 等）。

九、内存回收与压缩

9.1 vmscan.c

页回收核心：

• kswapd：per-node 内核线程，水位低于 low 时异步扫描 LRU
• direct reclaim：在 __alloc_pages 慢路径中同步回收
• LRU 链表：active / inactive，分 file 与 anon
• swappiness：控制匿名页 vs 文件页回收倾向

9.2 workingset.c

利用 refault 等信息区分 working set 与可回收缓存，改善回收质量。

9.3 compaction.c

内存压缩：迁移可移动页，拼凑 物理连续 空闲块，服务于：

• CMA 分配
• 大页、透明大页
• 高 order 伙伴块分配失败后的恢复

9.4 vmpressure.c

向 cgroup 或用户空间报告内存压力事件（与 memcontrol.c 配合）。

十、OOM 杀手

10.1 oom_kill.c

当 __alloc_pages 在回收、压缩后仍无法获得足够内存时，可能调用 out_of_memory()：

• 按 oom_score_adj、内存占用、子进程等选择 victim
• 发送 SIGKILL 或依赖 panic_on_oom 策略
• 与 memcg 结合时可做 cgroup 级 OOM（仅杀组内进程）

10.2 与调度的关系

OOM 选择进程时考虑 task_struct 属性，但不经过 sched_class；与 cpufreq_schedutil 无直接调用链，但内存压力导致的回收会增加 CPU 与 I/O 负载，间接影响调度与调频观测。

十一、CMA 连续内存分配器

详细原理与实现见 09-CMA连续内存机制与实现详解.md

11.1 cma.c

CMA（Contiguous Memory Allocator） 在启动时预留一块 物理连续 内存：

• 平时可作为 可迁移页 参与 buddy 分配（带 PageCMA）
• 驱动需要连续 DMA buffer 时，通过 cma_alloc() 分配并 pin 住连续区域
• 分配失败时可触发 compaction 迁移周围页

11.2 与设备树

RK3588 常见配置：

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4

reserved-memory {
    linux,cma { ... };
    /* 或独立 display/camera 预留 */
};

内核启动参数 cma=256M 等可调整默认 CMA 大小（具体以 defconfig 与 DT 为准）。

11.3 编解码 / 显示

VPU、RGA、DRM 等驱动常依赖 dma_alloc_from_contiguous 或 drm 子系统 从 CMA 池取 buffer；问题排查需同时看：

• /proc/meminfo 中 CmaTotal / CmaFree
• dmesg 中 cma: 前缀日志
• DT reserved-memory 是否与驱动匹配

十二、交换与子系统扩展

12.1 swap（CONFIG_SWAP）

12.2 zswap（CONFIG_ZSWAP）

在写 swap 前 压缩 页到内存池，减少闪存/块设备 I/O（zswap.c + zpool/zbud/zsmalloc 等后端）。

12.3 其他扩展

十三、RK3588 / 编解码场景关联

13.1 本目录与平台差异

• mm/ 内无 rockchip / rk3588 字符串，为上游 Linux 6.1 MM 代码。
• 平台差异体现在：defconfig、设备树 reserved-memory/CMA、IOMMU/SWIOTLB（arch/、drivers/iommu）、DRM/V4L2 驱动。

13.2 SeagullYpcEncode 典型关注点

13.3 ARM64 特性

• 无 highmem：highmem.c 非关键路径
• 4K 页（可配置 16K/64K，以实际 Image 为准）
• MTE/KASAN HW tags：若启用，与 kasan/hw_tags.c 相关

十四、调试与观测

14.1 proc / sysfs

14.2 内核参数（示例）

• mem=512M：限制可见内存
• cma=256M：CMA 默认大小
• vm.swappiness：回收倾向（sysctl）
• panic_on_oom：OOM 时 panic

14.3 跟踪

• trace/events/kmem.h、trace/events/cma.h 等
• CONFIG_PAGE_OWNER、CONFIG_DEBUG_VM_PGTABLE 等调试选项见 Kconfig.debug

十五、总结

附录：关键函数与调用关系

A.1 页分配慢路径（简化）

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__alloc_pages()
  ├─ get_page_from_freelist()     // 快路径尝试
  └─ __alloc_pages_slowpath()
       ├─ wake_all_kswapds()
       ├─ try_to_compact_pages()  // 可选
       ├─ __alloc_pages_direct_reclaim()
       └─ out_of_memory()         // 仍失败

A.2 缺页（简化）

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架构 data abort / page fault
  └─ handle_mm_fault()
       ├─ __handle_mm_fault()
       │    ├─ filemap_fault()      // 文件映射
       │    ├─ do_anonymous_page()  // 匿名
       │    └─ do_swap_page()       // swap
       └─ 返回 VM_FAULT_* 重试或 SIGSEGV

A.3 回收（简化）

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kswapd / direct reclaim
  └─ balance_pgdat() / shrink_lruvec()
       └─ shrink_list() → shrink_page_list()
            └─ try_to_unmap() [rmap]
                 └─ 脏页写回 / 释放 / swap out

A.4 关键文件行号参考（便于跳转源码）

文档生成自 rk3588/kernel-6.1/mm/ 目录分析，与 README.md 配套使用。

mm 文档索引

Linux 6.1（RK3588）内存管理（Memory Management）子系统源码分析与原理说明。

总览文档

功能组专题（原理 + 实现）

每篇文档结构：原理 → 实现方式 → 数据结构/接口 → RK3588 → 调试 → 附录。

源码路径

1

rk3588/kernel-6.1/mm/

阅读顺序建议

核心机制速查

与 RK3588 编解码场景

• CMA / reserved-memory：DT 预留连续内存，驱动 DMA buffer（VPU/RGA/DRM）→ 09
• ZONE_DMA32：32 位 DMA 设备寻址 → 02
• 回收 / OOM：多路编码 → 07、08、11
• Rockchip 快启延迟释放 memblock：→ 01

mm/ 源码文件与模块索引

源码路径：rk3588/kernel-6.1/mm/
内核版本：Linux 6.1
文档目录：linuxDoc/mm/

一、始终编译（obj-y）

CONFIG_MMU=y 时额外链接（mmu-y）

二、Kconfig 可选模块

三、子目录

四、内部头文件

五、配置文件