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description/memory: contiguous memory allocation

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Cheng Jian
2021-06-19 18:12:32 +08:00
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study/kernel/00-DESCRIPTION/MEMORY_MANAGER.md
+28 -12
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@@ -510,25 +510,33 @@ SLUB 在解决了上述的问题之上, 提供与 SLAB 完全一样的接口,
[Linux中的Memory Compaction [二] - CMA](https://zhuanlan.zhihu.com/p/105745299)
[Contiguous memory allocation for drivers](https://lwn.net/Articles/396702)
| 时间 | 作者 | 特性 | 描述 | 是否合入主线 | 链接 |
|:----:|:----:|:---:|:----:|:---------:|:----:|
| 2007/02/28 | Mel Gorman | [Introduce ZONE_CMA](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/778794) | 新增了 ZONE_CMA 区域, 使用新的分区不仅可以有H/W 寻址限制, 还可以有 S/W 限制来保证页面迁移. | v7 ☐ | [PatchWork v7](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/778794) |
| 2007/02/28 | Mel Gorman | [mm/cma: manage the memory of the CMA area by using the ZONE_MOVABLE](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/857428) | 新增了 ZONE_CMA 区域, 使用新的分区不仅可以有H/W 寻址限制, 还可以有 S/W 限制来保证页面迁移. | v2 ☐ | [PatchWork v7](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/857428) |
| 2010/11/19 | Mel Gorman | [big chunk memory allocator v4](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/224757) | 大块内存分配器 | v4 ☐ | [PatchWork v4](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/224757) |
| 2015/02/12 | Joonsoo Kim <iamjoonsoo.kim@lge.com> | [mm/compaction: enhance compaction finish condition](https://lore.kernel.org/patchwork/patch/542063) | 同样的, 之前 NULL 指针和错误指针的输出也很混乱, 进行了归一化. | v1 ☑ 4.1-rc1 | [PatchWork](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/542063)<br>*-*-*-*-*-*-*-* <br>[关键 commit 2149cdaef6c0](https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/commit/?id=2149cdaef6c0eb59a9edf3b152027392cd66b41f) |
| 2015/02/23 | SeongJae Park <sj38.park@gmail.com> | [introduce gcma](https://lore.kernel.org/patchwork/patch/544555) | 同样的, 之前 NULL 指针和错误指针的输出也很混乱, 进行了归一化. | v1 ☑ 4.1-rc1 | [PatchWork](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/544555) |
[A deep dive into CMA](https://lwn.net/Articles/486301)
[CMA and compaction](https://lwn.net/Articles/684611)
[A reworked contiguous memory allocator](https://lwn.net/Articles/447405)
顾名思义,这是一个分配连续物理内存页面的分配器. 也许你会疑惑伙伴分配器不是也能分配连续物理页面吗? 诚然, 但是一个系统在运行若干时间后, 可能很难再找到一片足够大的连续内存了, 伙伴系统在这种情况下会分配失败. 但连续物理内存的分配需求是刚需: 一些比较低端的 DMA 设备只能访问连续的物理内存; 还有下面会讲的透明大页的支持, 也需要连续的物理内存.
一个解决办法就是在系统启动时,在内存还很充足的时候, 先预留一部分连续物理内存页面, 留作后用. 但这有个代价, 这部分内存就无法被作其他使用了, 为了可能的分配需求, 预留这么一大块内存, 不是一个明智的方法.
CMA 的做法也是启动时预留, 但不同的是, 它允许这部分内存被正常使用, 在有连续内存分配需求时, 把这部分内存里的页面迁移走, 从而空出位置来作分配.
因此 DMA 设备对 CMA 区域有优先使用权, 被称为 primary client, 而其他模块的页面则是 secondary client.
| 时间 | 作者 | 特性 | 描述 | 是否合入主线 | 链接 |
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| 2007/02/28 | Mel Gorman | [Introduce ZONE_CMA](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/778794) | ZONE_CMA 的实现方案, 使用新的分区不仅可以有H/W 寻址限制, 还可以有 S/W 限制来保证页面迁移. | v7 ☐ | [PatchWork v7](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/778794) |
| 2007/02/28 | Mel Gorman | [mm/cma: manage the memory of the CMA area by using the ZONE_MOVABLE](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/857428) | 新增了 ZONE_CMA 区域, 使用新的分区不仅可以有H/W 寻址限制, 还可以有 S/W 限制来保证页面迁移. | v2 ☐ | [PatchWork v7](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/857428) |
| 2010/11/19 | Mel Gorman | [big chunk memory allocator v4](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/224757) | 大块内存分配器 | v4 ☐ | [PatchWork v4](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/224757) |
| 2012/04/03 | Michal Nazarewicz <m.nazarewicz@samsung.com><br>*-*-*-*-*-*-*-* <br>Marek Szyprowski <m.szyprowski@samsung.com> | [Contiguous Memory Allocator](https://lwn.net/Articles/486301) | 实现 CMA | v24 ☑ [3.5-rc1](https://kernelnewbies.org/Linux_3.5#Memory_Management) | [PatchWork v7](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/229177)<br>*-*-*-*-*-*-*-* <br>[PatchWork v24](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/295656) |
| 2015/02/12 | Joonsoo Kim <iamjoonsoo.kim@lge.com> | [mm/compaction: enhance compaction finish condition](https://lore.kernel.org/patchwork/patch/542063) | 同样的, 之前 NULL 指针和错误指针的输出也很混乱, 进行了归一化. | v1 ☑ 4.1-rc1 | [PatchWork](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/542063)<br>*-*-*-*-*-*-*-* <br>[关键 commit 2149cdaef6c0](https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/commit/?id=2149cdaef6c0eb59a9edf3b152027392cd66b41f) |
| 2015/02/23 | SeongJae Park <sj38.park@gmail.com> | [introduce gcma](https://lore.kernel.org/patchwork/patch/544555) | | RFC v2 ☐ | [PatchWork](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/544555) |
CMA 的做法也是启动时预留, 但不同的是, 它允许这部分内存被正常使用, 在有连续内存分配需求时, 把这部分内存里的页面迁移走, 从而空出位置来作分配 .
@@ -546,7 +554,15 @@ CMA 的做法也是启动时预留, 但不同的是, 它允许这部分内存被
**2.6.23引入(2007年7月), 3.5移除(2012年7月)**
这不是一个完整的解决方案, 它只是缓解这一问题. 所谓回收是指 MM 在分配内存遇到内存紧张时, 会把一部分内存页面回收. 而成块回收[<sup>14</sup>](#refer-anchor-14), 就是尝试成块回收目标回收页相邻的页面, 以形成一块满足需求的高阶连续页块. 这种方法有其局限性, 就是成块回收时没有考虑被连带回收的页面可能是“热页”, 即被高强度使用的页, 这对系统性能是损伤.
这不是一个完整的解决方案, 它只是缓解这一问题. 所谓回收是指 MM 在分配内存遇到内存紧张时, 会把一部分内存页面回收. 而成块回收[<sup>14</sup>](#refer-anchor-14), 就是尝试成块回收目标回收页相邻的页面, 以形成一块满足需求的高阶连续页块. 这种方法有其局限性, 就是成块回收时没有考虑被连带回收的页面可能是"热页", 即被高强度使用的页, 这对系统性能是损伤.
| 时间 | 作者 | 特性 | 描述 | 是否合入主线 | 链接 |
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| 2007/04/20 | Andy Whitcroft <apw@shadowen.org> | [Lumpy Reclaim V6](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/78996) | 实现成块回收, 其中引入了 PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER, 该值虽然是经验值, 但是通常被认为是介于系统有/无回收页面压力的一个临界值, 一次分配低于这个 order 的页面, 通常是容易满足的. 而大于这个 order 的页面, 被认为是 costly 的. | v6 ☑ 2.6.23-rc1 | [Patchwork V5](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/76206)<br>*-*-*-*-*-*-*-* <br>[PatchWork v8](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/78996)<br>*-*-*-*-*-*-*-* <br>[PatchWork v6 cleanup](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/79316)<br>*-*-*-*-*-*-*-* <br>[COMMIT](https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/commit/?id=5ad333eb66ff1e52a87639822ae088577669dcf9) |
| 2008/07/01 | Mel Gorman <mel@csn.ul.ie> | [Reclaim page capture v1](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/121203) | 大 order 页面分配的有一次探索. 这种方法是捕获直接回收中释放的页面, 以便在空闲页面被竞争的分配程序重新分配之前增加它们被压缩的机会. | v1 ☐ | [Patchwork V5](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/121203) |
| 2007/08/02 | Andy Whitcroft <apw@shadowen.org> | [Synchronous Lumpy Reclaim V3](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/87667) | 当以较高的阶数应用回收时, 可能会启动大量IO. 这组补丁尝试修复这个问题, 用于在 VM 事件记录器中中将页面标记为非活动时修复, 并在直接回收连续区域时等待页面写回. | v3 ☑ 2.6.23-rc4 | [Patchwork V5](https://lore.kernel.org/patchwork/cover/87667) |
## 2.2.2 基于页面可移动性的页面聚类(Page Clustering by Page Mobility)
@@ -1967,7 +1983,7 @@ KFENCE 的灵感来自于 [GWP-ASan](http://llvm.org/docs/GwpAsan.html), 这是
虽然我们已经有了跟踪页分配/空闲的跟踪点, 使用它来分析页面所有者是相当复杂的. 我们需要扩大跟踪缓冲区, 以防止重叠, 直到用户空间程序启动. 而且, 启动的程序不断地将跟踪缓冲区转储出来供以后分析, 它将更有可能改变系统行为, 而不是仅仅将其保存在内存中, 因此不利于调试.
此外, 我们还可以将 page_owner 特性用于各种目的. 例如, 我们可以借助 page_owner 实现的碎片统计以及一些CMA故障调试特性.
此外, 我们还可以将 page_owner 特性用于各种目的. 例如, 我们可以借助 page_owner 实现的碎片统计以及一些 CMA 故障调试特性.
| 时间 | 作者 | 特性 | 描述 | 是否合入主线 | 链接 |