Kernel中负责分配一个连续内存页块的子系统一般被称为zoned page frame allocator。前面讲了函数 buffered_rmqueue() 是如何从指定zone的buddy system中分配一个连续内存页块的。这个函数貌似完成了内存页块分配相关的所有工作，然而实际上，这个函数只是zone allocator的冰山一角。

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同样的道理，buffered_rmqueue()从指定zone的buddy system中分配内存页块，这个不复杂；但是能够确定从哪个zone中分配，以及确定某个zone什么情况下可以分配，这个就复杂多了。而这，正是zone allocator的核心所在。

在正式介绍zone allocator之前，先介绍一些周边事务。

1. zonelist

这个东东在之前的博文里经过，直接copy过来：

node_zonelists: 当我们要在某一个指定的zone中分配内存，而该zone中又没有足够多的空闲内存时，怎么办？正所谓狡兔三窟，我们得给自己留点后路，node_zonelists正是这种情况下的后路。它指定了所有的备选的zones。当然这些备选zones也是有优先顺序的，毕竟只有小三也不能满足需求时，才会再去找小四。

2. zone_watermark_ok()

一个zone在用来分配内存页块之前，得先有人把把关，姓甚名谁，家里几口人，人均几亩地，地里几头牛，总得检查检查。这个函数就是这样的把关函数。

这个函数会用到一些flags。

1112 #define ALLOC_NO_WATERMARKS 0x01 /* don't check watermarks at all */
1113 #define ALLOC_WMARK_MIN     0x02 /* use pages_min watermark */
1114 #define ALLOC_WMARK_LOW     0x04 /* use pages_low watermark */
1115 #define ALLOC_WMARK_HIGH    0x08 /* use pages_high watermark */
1116 #define ALLOC_HARDER        0x10 /* try to alloc harder */
1117 #define ALLOC_HIGH          0x20 /* __GFP_HIGH set */
1118 #define ALLOC_CPUSET        0x40 /* check for correct cpuset */

这些flags用来指定把关时使用哪个watermark值。

1219 int zone_watermark_ok(struct zone *z, int order, unsigned long mark,
1220               int classzone_idx, int alloc_flags)
1221 {
1222     /* free_pages my go negative - that's OK */
1223     long min = mark;
1224     long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES) - (1 << order) + 1;
1225     int o;
1226
1227     if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
1228         min -= min / 2;
1229     if (alloc_flags & ALLOC_HARDER)
1230         min -= min / 4;
1231
1232     if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
1233         return 0;
1234     for (o = 0; o < order; o++) {
1235         /* At the next order, this order's pages become unavailable */
1236         free_pages -= z->free_area[o].nr_free << o;
1237
1238         /* Require fewer higher order pages to be free */
1239         min >>= 1;
1240
1241         if (free_pages <= min)
1242             return 0;
1243     }
1244     return 1;
1245 }

该函数首先确定该zone中的空闲页面个数，以及用于threshold的变量min的值。

从 1227 ~ 1230 可以看到，如果设置了ALLOC_HIGH 或 ALLOC_HARDER，min的值会进一步减少，这也就意味着把关条件放松，分配会更加aggressive。

然后开始把关测试，如果满足以下两个条件，则测试通过：

1）除去要分配的页面个数外，该zone中至少要包含这么多空闲页面：

• min 个空闲页面

• lowmem_reserve 中指定要预留的页面个数

这里lowmem_reserve是Kernel的一个非常聪明的机制，用来防止来自higher zone的分配请求过多的消耗lower zone中的内存。

这个有点不好理解，举个例子，假设zone->lowmem_reserve[ZONE_HIGHMEM] 的值为R，这个值表示的是：对于来自ZONE_HIGHMEM的内存分配请求，若是想从本zone中分配页面，那么你至少要给我保留R个页面。

2）除去要分配的页面个数外，从order k 到 order 10的空闲页面总数，至少得是 min/(2^k)。其中k 取值范围是从1 到 参数指定的order值。

这个更不好理解了，还是举个例子。如果 k=2 的话，则从order 2 到order 10的空闲页面总数，至少得是 min/4。

如果满足以上两点，恭喜你，通过了把关测试。

3. get_page_from_freelist()

有了前面的准备，这个函数的工作就很轻松了。

它会按序遍历zonelist中所有的zone，对于每个zone，先用函数zone_watermark_ok()来把把关，如果把关通过，再用函数buffered_rmqueue()来从buddy system中申请内存页块。

1371 static struct page *
1372 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
1373         struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
1374 {
1375     struct zone **z;
1376     struct page *page = NULL;
1377     int classzone_idx = zone_idx(zonelist->zones[0]);
1378     struct zone *zone;...
1383
1384 zonelist_scan:
1385     /*
1386      * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
1387      * See also cpuset_zone_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
1388      */
1389     z = zonelist->zones;
1390
1391     do {...1407         zone = *z;
1408         if ((alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
1409             !cpuset_zone_allowed_softwall(zone, gfp_mask))
1410                 goto try_next_zone;
1411
1412         if (!(alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)) {
1413             unsigned long mark;
1414             if (alloc_flags & ALLOC_WMARK_MIN)
1415                 mark = zone->pages_min;
1416             else if (alloc_flags & ALLOC_WMARK_LOW)
1417                 mark = zone->pages_low;
1418             else
1419                 mark = zone->pages_high;
1420             if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
1421                     classzone_idx, alloc_flags)) {
1422                 if (!zone_reclaim_mode ||
1423                     !zone_reclaim(zone, gfp_mask, order))
1424                     goto this_zone_full;
1425             }
1426         }

cpuset_zone_allowed_softwall()用来做cpuset相关检查，暂且忽略。

该函数首先解析ALLOC_* flags，从而确定使用哪个watermark。watermark的高低，直接影响到了把关时是宽松还是严格。

注意，如果设置了ALLOC_NO_WATERMARKS，则跳过把关函数，无条件放行。

然后利用函数zone_watermark_ok()来检查该zone中是否有足够多的空闲页面。

如果把关通过，接下来就是与buddy system打交道了，这个工作由之前讲过的buffered_rmqueue()来完成。

1428         page = buffered_rmqueue(zonelist, zone, order, gfp_mask);
1429         if (page)
1430             break;
1431 this_zone_full:
1432        ...
1434 try_next_zone:...1441     } while (*(++z) != NULL);
1442...1448     return page;
1449 }

需要注意的是，即使通过了zone_watermark_ok()的考验，也不一定能够顺利地从buddy system中分配到需要的内存。一个zone有可能空闲页面很多，但是连续的空闲页面不多。