Buddy分配器之释放一页

在上面一节我们讲述了buddy分配器是如何分配一页的，本节我们在学习buddy分配器是如何释放一页的

分配一页的算法：比如当前释放order=n的页

获得当前释放order=n的页，对应的buddy，也就是兄弟页，俗话说先找到兄弟
- 找到兄弟buddy了之后，接下来就是看buddy和此页是否可以合并
  - 检查buddy是否是空闲的页（通过检查page→private是否为0）
  - 检查buddy是否和此页是相同的order
  - 检查buddy和此page是否属于同一个zone
  - 检查buddy的引用计数_refcount是否为0
- 如果上述的条件都符合，则认为此buddy和此page可以合并
- 将此buddy从lru链表中删除，页的个数减去1
- 再将order++，从更高的order去寻找buddy，检查是否可以合并
当找不到buddy的时候，则将此order的页加到lru链表中
将order此页的nr_free加1

举例：当释放order=2的页

找到order=2的buddy页，也就是兄弟页
检查此buddy页是否可以和当前释放的页合并
如果可以合并，则order+1=3
则找到order=3的buddy页
检查此buddy页是否可以和需要分配页是否可以合并
如果合并则将order+1=4。继续检查是否可以合并到最大order
如果当order=4时无法合并，则将此page添加到order=4的freelist中即可。

那怎么获取一个将要释放页的buddy呢，内核提供了一个函数，可以获取buddy的pfn

static inline unsigned long
__find_buddy_pfn(unsigned long page_pfn, unsigned int order)
{return page_pfn ^ (1 << order);
}

我们在zone那一节讲解了page和pfn的关系，这里在复习一下。物理页如果按照4K的大小来描述的话，一个4K大小的物理页的区域我们称之为page frame页帧，而如果给page frame编号的话，就出现了page frame num。

而内核提供的page_to_pfn和pfn_to_page可以轻松的相互转化pfn和page的关系，在内存模型为稀疏模型的情况下，page=vmemmap+pfn

假设当前的order=0， page_pfn=0的话，则对应的buddy_pfn=0^(1<<0)=1，则物理页0和物理页1是buddy，就是好兄弟

假设当前的order=3, page_pfn=0的话，则对应的buddy_pfn=0^(1<<3)=8，则物理页0和物理页8是buddy，中间刚好是order个页。

说以说可以通过上述的函数来计算出buddy所在的位置

我们接下来看看buddy释放页的核心函数：

static inline void __free_one_page(struct page *page, unsigned long pfn, struct zone *zone, unsigned int order,int migratetype)
{unsigned long combined_pfn;unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);struct page *buddy;unsigned int max_order;struct capture_control *capc = task_capc(zone);max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);VM_BUG_ON(migratetype == -1);if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))__mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);continue_merging:while (order < max_order - 1) {if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {__mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),migratetype);return;}buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);buddy = page + (buddy_pfn - pfn);if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))goto done_merging;if (!page_is_buddy(page, buddy, order))goto done_merging;/** Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,* merge with it and move up one order.*/if (page_is_guard(buddy)) {clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);} else {list_del(&buddy->lru);zone->free_area[order].nr_free--;rmv_page_order(buddy);}combined_pfn = buddy_pfn & pfn;page = page + (combined_pfn - pfn);pfn = combined_pfn;order++;}if (max_order < MAX_ORDER) {/* If we are here, it means order is >= pageblock_order.* We want to prevent merge between freepages on isolate* pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock* isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.** We don't want to hit this code for the more frequent* low-order merging.*/if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {int buddy_mt;buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);buddy = page + (buddy_pfn - pfn);buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);if (migratetype != buddy_mt&& (is_migrate_isolate(migratetype) ||is_migrate_isolate(buddy_mt)))goto done_merging;}max_order++;goto continue_merging;}done_merging:set_page_order(page, order);/** If this is not the largest possible page, check if the buddy* of the next-highest order is free. If it is, it's possible* that pages are being freed that will coalesce soon. In case,* that is happening, add the free page to the tail of the list* so it's less likely to be used soon and more likely to be merged* as a higher order page*/if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)) {struct page *higher_page, *higher_buddy;combined_pfn = buddy_pfn & pfn;higher_page = page + (combined_pfn - pfn);buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {list_add_tail(&page->lru,&zone->free_area[order].free_list[migratetype]);goto out;}}list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
out:zone->free_area[order].nr_free++;
}

首先会进行一系列合法性检查，zone是否初始化？迁移类型是否等于-1？等等
接着就会进入一个while循环，当前order到最大order减去1之间寻找合适的buddy，然后合并
1. 根据当前page和pfn，获取buddy的buddy_pfn，根据buddy_pfn在获取buddy页
2. 通过调用pfn_valid_within来检查buddy_pfn是否是有效的，通过物理地址>>PAGE_SHIFT来判断
3. 调用page_is_buddy函数来检查此buffy页是否可以合并
  1. page_order(buddy) == order //buddy的所在order和释放的页的order是否相同
  2. page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy) //检查是都都在一个相同的zone中
  3. page_count(buddy) != 0 //检查buddy页的索引技术是否等于0
4. 检查到此buddy可以和此page可以完美合并则进行下一步操作
5. 将buddy页从page的lru链表中删除，同时将此order可用的page数目减去1，设置此buddy页不在buddy系统中
6. 计算buddy页和释放页合并后的pdn和page，同时将order数目加1
7. 继续进入到while循环中再次判断，是否有空闲的页可以合并，
8. 当出现无法找到合适的buddy页时，则调到done_merging进行做最后的收尾
set_page_order(page, order); //设置最终page的order数目
如果当前的order不是最大的order，系统还可以再尝试一波，还是上面相同的操作
将最终合并后的页假如到属于他们order的lru链表中
将此order的可用的页的个数加1

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