50、深入解析页框回收机制
深入解析页框回收机制
1. 页框回收算法概述
Linux在为用户模式进程或内核分配动态内存之前的检查相对宽松。例如，对于单个用户创建的进程所分配的总RAM量没有严格检查，对内核使用的众多磁盘缓存和内存缓存的大小也没有限制。这种设计能让内核充分利用可用的RAM。当系统负载较低时，RAM主要被磁盘缓存填充，少数运行的进程可从缓存信息中受益；而当系统负载增加时，RAM主要被进程页面填充，缓存会缩小以为更多进程腾出空间。
内存和磁盘缓存会不断占用页框，但从不释放。这是因为缓存系统无法确定进程何时会重用缓存数据，也就无法确定应释放的缓存部分。此外，用户模式进程通过需求分页机制获取页框，但该机制无法强制进程在不再使用页框时释放它们。
因此，迟早所有的空闲内存都会被分配给进程和缓存。Linux内核的页框回收算法通过从用户模式进程和内核缓存中“窃取”页框，来重新填充伙伴系统的空闲块列表。实际上，页框回收必须在所有空闲内存被用完之前进行，否则内核可能陷入致命的内存请求链，导致系统崩溃。因为释放一个页框需要将其数据写入磁盘，而这一操作又需要另一个页框（如分配I/O数据传输的缓冲区头），若没有空闲页框，就无法释放任何页框。所以，页框回收的目标之一是保留一个最小的空闲页框池，以便内核能从“内存不足”的情况中安全恢复。
2. 选择目标页
页框回收算法（PFRA）的目标是挑选页框并使其变为空闲。显然，PFRA选择的页框必须是非空闲的，即不能已经包含在伙伴系统使用的free_area数组中。
PFRA根据页框的内容以不同方式处理它们，可分为不可回收页、可交换页、可同步页和可丢弃页，具体如下表所示：
|