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description/memory: buddy fair zone allocator policy

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Cheng Jian
2021-08-09 20:23:50 +08:00
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study/kernel/00-DESCRIPTION/MEMORY_MANAGER.md
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@@ -296,15 +296,24 @@ https://lore.kernel.org/patchwork/project/lkml/list/?submitter=13419&state=*&arc
### 2.1.2 fair allocation zone policy
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每个拥有一个工作负载的用户空间页面的区域必须以与区域大小成比例的速度老化. 否则, 单个页面在内存中停留的时间取决于它碰巧被分配的区域. 区域老化的不对称造成相当不可预测的老化行为, 并导致错误的页面被回收, 激活等.
但 v3.12 时, 开发者发现页面分配器和 kswapd 交互的方式, 将造成页面老化不平衡. 在分配新页面时, 页面分配器使用系统中所有分区的每个节点列表(按优先顺序排列). 当第一次迭代没有产生任何结果时, kswapd 将被唤醒, 分配器将重试. 由于以下方式 kswapd 回收区高水准而带可以从以上时分配低水印,分配器可能保持kswapd运行而kswapd回收确保页分配器可以防止分配中的第一个区zonelist长时间. 与此同时, 其他区域很少看到新的分配, 因此相比之下, 老化要慢得多. 其结果是, 偶尔放置在较低区域的页面在内存中占用的时间相对较多, 甚至在其对等页面长期被逐出后被提升到活动列表. 同时, 大部分 workingset 可能在首选区域上颠簸, 即使在较低区域中可能有大量可用内存.
即使是最基本的测试--反复读取比内存稍大的文件, 也会显示区域老化的破坏程度. 在这种情况下, 没有一个页面能够在内存中停留足够长的时间来被引用两次并被激活, 但是激活是非常频繁的
通过 fair zone allocator policy 来解决这个问题. 通过一个非常简单的循环分配器. 每个分区允许一批与分区大小成比例的分配, 用 NR_ALLOC_BATCH(PatchWork 早期版本用 zone->alloc_batch) 记录, 分配后将被视为已满. 当所有区域都已尝试且分配器进入慢路径并启动 kswapd 回收时, 批处理计数器将重置. 分配和回收现在公平地分布到所有可用/允许的区域.
| 时间 | 作者 | 特性 | 描述 | 是否合入主线 | 链接 |
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| 2013/08/02 | Mel Gorman <mgorman@techsingularity.net> | [mm: improve page aging fairness between zones/nodes](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/397316) | 引入了区域公平分配策略来修复页面分配器与 kswapd 交互的方式上造成老化不平衡<br>在回收压力下, 用户空间页面在内存中获得的时间取决于分配器从哪个区域、哪个节点获取页面框架. 这造成了如下几个问题<br>1. NUMA 系统上错误的不同步的 kswapd 唤醒, 这导致一些节点相对于系统中的其他节点落后于一个完整的回收周期.<br>2. kswapd 和页面分配的连续流无限期地将任务的首选区域保持在高水位和低水位之间(分配成功 + kswapd不会进入休眠), 完全不充分利用较低的区域, 并在首选区域上抖动. | v2 ☑ 3.12-rc1 | [PatchWork v2,0/3](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/397316) |
| 2013/12/18 | Mel Gorman <mgorman@suse.de> | [Configurable fair allocation zone policy v4](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/428591) | NA | v2 ☑ 3.12-rc1 | [PatchWorkRFC,0/6](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/428591) |
| 2013/12/18 | Mel Gorman <mgorman@techsingularity.net> | [Configurable fair allocation zone policy v4](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/397316) | NA | v4 ☐ | [PatchWork RFC v4,0/6](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/397316) |
| 2014/03/20 | Johannes Weiner <hannes@cmpxchg.org> | [mm: page_alloc: spill to remote nodes before waking kswapd](https://lore.kernel.org/patchwork/patch/450947) | 在 NUMA 系统上, 节点可能会过早的开始回收页面, 甚至交换匿名页, 而即使远程节点上仍然有空闲页时.<br>这是 81c0a2bb515f ("mm: page_alloc: fair zone allocator policy") 和 fff4068cba48 ("mm: page_alloc: revert NUMA aspect of fair allocation policy") 合入后导致的.<br>在进行这些更改之前, 分配器将首先尝试所有允许的分区, 包括远程节点上的分区, 然后再唤醒任何 kswapds.<br>但是现在, 分配器快速路径同时作为公平通道, 它只能考虑本地节点, 以防止仅基于耗尽公平批次的远程溢出. 远程节点只在缓慢路径中考虑, 且在 kswapds 被唤醒之后.<br>是如果远程节点仍然有空闲内存, 其实不应该唤醒 kswapd 来重新平衡本地节点, 否则它可能会过早地 swap.<br>通过在 zonelist 上再添加一个不公平的传递来修复此问题, 该传递允许在本地公平传递失败后, 在进入慢路径并唤醒 KSWAPD 之前考虑远程节点. | v3 ☑ 4.8-rc1 | [PatchWork](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/450947) |
| 2014/03/20 | Johannes Weiner <hannes@cmpxchg.org> | [mm: page_alloc: spill to remote nodes before waking kswapd](https://lore.kernel.org/patchwork/patch/450947) | 在 NUMA 系统上, 节点可能会过早的开始回收页面, 甚至交换匿名页, 而即使远程节点上仍然有空闲页时.<br>这是 81c0a2bb515f ("mm: page_alloc: fair zone allocator policy") 和 fff4068cba48 ("mm: page_alloc: revert NUMA aspect of fair allocation policy") 合入后导致的.<br>在进行这些更改之前, 分配器将首先尝试所有允许的分区, 包括远程节点上的分区, 然后再唤醒任何 kswapds.<br>但是现在, 分配器快速路径同时作为公平通道, 它只能考虑本地节点, 以防止仅基于耗尽公平批次的远程溢出. 远程节点只在缓慢路径中考虑, 且在 kswapds 被唤醒之后.<br>是如果远程节点仍然有空闲内存, 其实不应该唤醒 kswapd 来重新平衡本地节点, 否则它可能会过早地 swap.<br>通过在 zonelist 上再添加一个不公平的传递来修复此问题, 该传递允许在本地公平传递失败后, 在进入慢路径并唤醒 KSWAPD 之前考虑远程节点. | v1 ☑ 3.15-rc1 | [PatchWork](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/450947), [commit](https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/commit/?id=3a025760fc158b3726eac89ee95d7f29599e9dfa) |
| 2014/07/09 | Mel Gorman <mgorman@suse.de> | [mm: page_alloc: Reduce cost of the fair zone allocation policy](https://lore.kernel.org/patchwork/patch/481298) | [Reduce sequential read overhead](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/481299) 系列中的一个补丁. fair zone allocation policy 按单个区域大小的比例分配页面, 以确保页面老化公平. 在回收页之前, 分配页的区域不应影响页在内存中的时间. 启用区域回收模式后, 尝试停留在快速路径中的本地区域. 如果失败, 将进入慢路径, 该路径将从本地区域开始执行另一次传递, 但最终返回到不参与此区域列表的公平循环的远程区域. | v1 ☑ 3.17-rc1 | [PatchWork 6/6](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/481298) |
| 2016/04/15 | Mel Gorman <mgorman@techsingularity.net> | [mm, page_alloc: Reduce cost of fair zone allocation policy retry](https://lore.kernel.org/patchwork/patch/668985) | [Optimise page alloc/free fast paths v3](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/668967) 系列中的一个补丁. 降低了 fair zone 分配器的开销. | v3 ☑ 4.7-rc1 | [PatchWork v6 00/28](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/668967) |
| 2016/07/08 | Mel Gorman <mgorman@techsingularity.net> | | [Move LRU page reclaim from zones to nodes v9](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/696437)系列中的一个补丁. 公平区域分配策略在区域之间交叉分配请求, 以避免年龄倒置问题, 即回收新页面来平衡区域. LRU 回收现在是基于节点的, 所以这应该不再是一个问题, 公平区域分配策略本身开销也不小, 因此这个补丁移除了它. | v9 ☑ [4.8-rc1](https://kernelnewbies.org/Linux_4.8#Memory_management) | [PatchWork v21](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/696437) |
| 2016/07/08 | Mel Gorman <mgorman@techsingularity.net> | [mm, page_alloc: remove fair zone allocation policy](https://lore.kernel.org/patchwork/patch/696437/) | [Move LRU page reclaim from zones to nodes v9](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/696437)系列中的一个补丁. 公平区域分配策略在区域之间交叉分配请求, 以避免年龄倒置问题, 即回收新页面来平衡区域. LRU 回收现在是基于节点的, 所以这应该不再是一个问题, 公平区域分配策略本身开销也不小, 因此这个补丁移除了它. | v9 ☑ [4.8-rc1](https://kernelnewbies.org/Linux_4.8#Memory_management) | [PatchWork v21](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/696437), [commit](https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/commit/?id=e6cbd7f2efb433d717af72aa8510a9db6f7a7e05) |
### 2.1.3 内存水线