内存管理---内存释放

Linux内存释放函数之间的调用关系如下图所示

/*用虚拟地址进行释放*/
void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
{if (addr != 0) {VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));__free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);/*具体的释放函数*/}
}

void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
{if (put_page_testzero(page)) {/*判断页没有被使用*/trace_mm_page_free_direct(page, order);if (order == 0)/*单页则释放到每CPU页框高速缓存中*/free_hot_page(page);else           /*多页则释放到伙伴系统*/__free_pages_ok(page, order);}
}

释放单个页面free_hot_page()调用free_hot_cold_page()函数

/** Free a 0-order page* cold == 1 ? free a cold page : free a hot page*/
void free_hot_cold_page(struct page *page, int cold)
{struct zone *zone = page_zone(page);struct per_cpu_pages *pcp;unsigned long flags;int migratetype;int wasMlocked = __TestClearPageMlocked(page);if (!free_pages_prepare(page, 0))return;migratetype = get_pageblock_migratetype(page);set_page_private(page, migratetype);local_irq_save(flags);if (unlikely(wasMlocked))free_page_mlock(page);__count_vm_event(PGFREE);/** We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.* Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being* offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those* areas back if necessary. Otherwise, we may have to free* excessively into the page allocator*/if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {if (unlikely(migratetype == MIGRATE_ISOLATE)) {free_one_page(zone, page, 0, migratetype); /*释放到伙伴系统 */  goto out;}migratetype = MIGRATE_MOVABLE;}pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp; /*获得zone对应cpu的pcp*/  if (cold)list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);elselist_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);pcp->count++;if (pcp->count >= pcp->high) {/*当pcp中页面数量超过他的最高值时， free_pcppages_bulk(zone, pcp->batch, pcp);  释放pcp->batch个页面到伙伴系统中*/ pcp->count -= pcp->batch;}out:local_irq_restore(flags);*回复中断*/
}

通过调用free_one_page()-->__free_one_page()来完成释放

static inline void __free_one_page(struct page *page,struct zone *zone, unsigned int order,int migratetype)
{unsigned long page_idx;if (unlikely(PageCompound(page)))if (unlikely(destroy_compound_page(page, order)))return;VM_BUG_ON(migratetype == -1);/*得到页框在所处最大块中的偏移*/page_idx = page_to_pfn(page) & ((1 << MAX_ORDER) - 1);VM_BUG_ON(page_idx & ((1 << order) - 1));VM_BUG_ON(bad_range(zone, page));/*只要阶数小于MAX_ORDER-1就有合并的机会*/while (order < MAX_ORDER-1) {unsigned long combined_idx;struct page *buddy;/*找到page所处块对应的伙伴块*/buddy = __page_find_buddy(page, page_idx, order);/*如果伙伴块不是空闲的则不执行下面的合并操作*/if (!page_is_buddy(page, buddy, order))break;/* Our buddy is free, merge with it and move up one order. */list_del(&buddy->lru);/*将伙伴块从块链表中删除*/zone->free_area[order].nr_free--;rmv_page_order(buddy);/*计算出合并块的起始页框的偏移*/combined_idx = __find_combined_index(page_idx, order);/*得到合并块的起始页描述符*/page = page + (combined_idx - page_idx);page_idx = combined_idx;/*修改块的起始页偏移*/order++;/*阶数加1表明合并完成*/}/*重新设置块的阶数*/set_page_order(page, order);/*将新块添加到对应的链表中*/list_add(&page->lru,&zone->free_area[order].free_list[migratetype]);zone->free_area[order].nr_free++;
}

_page_find_buddy()用来找到是释放块的伙伴，如果找到了一个空闲的伙伴块要通过_find_combined_index()用来定位合并块的起始页框，因为一个块的伙伴块有可能在该块的前面，也有可能在该块的后面，这两个函数的实现非常简洁巧妙，全是通过位操作来实现的

static inline struct page *
__page_find_buddy(struct page *page, unsigned long page_idx, unsigned int order)
{unsigned long buddy_idx = page_idx ^ (1 << order);return page + (buddy_idx - page_idx);
}

static inline unsigned long
__find_combined_index(unsigned long page_idx, unsigned int order)
{return (page_idx & ~(1 << order));
}

可以举例实际证明。。。此算法比较快。。

从pcp中释放页面到伙伴系统中；free_pcppages_bulk()

/** Frees a number of pages from the PCP lists* Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.* count is the number of pages to free.** If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to* see if this freeing clears that state.** And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are* pinned" detection logic.*/
static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,struct per_cpu_pages *pcp)
{int migratetype = 0;int batch_free = 0;int to_free = count;/*
* 虽然管理区可以按照CPU节点分类，但是也可以跨CPU节点进行内存分配，
* 因此这里需要用自旋锁保护管理区
* 使用每CPU缓存的目的，也是为了减少使用这把锁。
*/  spin_lock(&zone->lock);zone->all_unreclaimable = 0; /* all_unreclaimable代表了内存紧张程度，释放内存后，将此标志清除 */ zone->pages_scanned = 0;
/* pages_scanned代表最后一次内存紧张以来，页面回收过程已经扫描的页数。
目前正在释放内存，将此清0，待回收过程随后回收时重新计数 */  while (to_free) {struct page *page;struct list_head *list;/** Remove pages from lists in a round-robin fashion. A* batch_free count is maintained that is incremented when an* empty list is encountered.  This is so more pages are freed* off fuller lists instead of spinning excessively around empty* lists*/do {batch_free++;if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)migratetype = 0;list = &pcp->lists[migratetype];} while (list_empty(list));/*从pcp的三类链表中找出不空的一个，释放*//* This is the only non-empty list. Free them all. */if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)batch_free = to_free;do {page = list_entry(list->prev, struct page, lru);/* must delete as __free_one_page list manipulates */list_del(&page->lru);/* MIGRATE_MOVABLE list may include MIGRATE_RESERVEs */__free_one_page(page, zone, 0, page_private(page)); /*释放单个页面到伙伴系统，注意这里的分类回收*/  trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, page_private(page));} while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));}__mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, count);spin_unlock(&zone->lock);
}

static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
{unsigned long flags;int wasMlocked = __TestClearPageMlocked(page);if (!free_pages_prepare(page, order))return;local_irq_save(flags);if (unlikely(wasMlocked))free_page_mlock(page);__count_vm_events(PGFREE, 1 << order);free_one_page(page_zone(page), page, order,get_pageblock_migratetype(page));local_irq_restore(flags);
}

static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
{int i;int bad = 0;trace_mm_page_free(page, order);kmemcheck_free_shadow(page, order);if (PageAnon(page))page->mapping = NULL;for (i = 0; i < (1 << order); i++)bad += free_pages_check(page + i);/*页面相关检查*/if (bad)return false;if (!PageHighMem(page)) {debug_check_no_locks_freed(page_address(page),PAGE_SIZE<<order);debug_check_no_obj_freed(page_address(page),PAGE_SIZE << order);}arch_free_page(page, order);kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
/*调试，相关宏定义*/  return true;
}

static void free_one_page(struct zone *zone, struct page *page, int order,int migratetype)
{spin_lock(&zone->lock);/*获得管理区的自旋锁*/  zone->all_unreclaimable = 0;/* 只要是释放了页面，都需要将此两个标志清0，表明内存不再紧张的事实*/  zone->pages_scanned = 0;__free_one_page(page, zone, order, migratetype);/*释放到指定的伙伴系统类型链表*/  __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, 1 << order);*管理区空闲页面计数*/ spin_unlock(&zone->lock);
}

伙伴系统内存释放或称主要流程
1，如果释放的是单个页面，需要根据页面类型考虑是否释放到伙伴系统中，同时，将其加入到pcp链表中。如果pcp链表中内存过多，调用free_pcppages_bulk()函数将大块内存放回伙伴系统中；
2，如果释放的是多个页面，直接调用__free_one_page()释放到伙伴系统中。
3，释放到伙伴系统中时，需要考虑和伙伴的合并情况。

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