复合页(Compound Page)就是将物理上连续的两个或多个页看成一个
独立的大页,它可以用来创建hugetlbfs中使用的大页(hugepage),
也可以用来创建透明大页(transparent huge page)子系统。但是
它不能用在页缓存(page cache)中,这是因为页缓存中管理的都是
单个页。
分配一个复合页的方式是:使用alloc_pages函数,参数order至少为1,
且设置__GFP_COMP标记。因为根据复合页的定义,它通常包括2个或多
个连续的物理内存页,这是由它的实现决定的,因而order参数不可能
为0。
通常调用alloc_pages的内存分配方式如下:
p = alloc_pages(GFP_KERNEL, 2);
但是这种方式和创建一个复合页有什么不同呢?不同点就是在创建复合
页的时候会创建与这个复合页相关的元数据(metadata),这些数据
是来描述复合页的相关信息的。
表示复合页的元数据都存在于Page结构体中,Page页中的flag标记用来
识别复合页。在复合页中,打头的第一个普通页称为“head page”,用
PG_head标记,而后面的所有页被称为“tail pages”,用PG_tail标记。
在64位系统中,可以有多余的标记来表示复合页的页头和页尾;但是在
32位系统中却没有那么多的标记,因此采用了一种复用其他标记的方案,
即将复合页中的所有页都用PG_compound标记,然后,对于尾页同时也
使用PG_reclaim标记,这是因为PG_reclaim只有在页缓存中会用到,而
复合页根本就不会在页缓存中使用。
可以使用PageCompound函数来检测一个页是否是复合页,另外函数PageHead
和函数PageTail用来检测一个页是否是页头或者页尾。在每个尾页的page
结构体中都包含一个指向头页的指针 - first_page,可以使用compound_head
函数获得,这个指针是通过复用struct page结构体中的private成员实现的。
那么当一个复合页不再被系统使用时,我们如何知道该复合页包含多少
个普通页,又如何知道该复合页的析构函数(destructor)存在哪里呢?
首先,人们可能会认为这些信息存在于头页的page结构体中,但是很不
幸,在这个结构体中已经没有可用的空间了。因此,这些信息全部存储
在第一个尾页的lru字段中,将该复合页的大小(order)首先强制转换
为指针类型,然后存储在lru.prev中,将析构函数存储在lru.next中。
这里从本质上解释了为什么复合页必须包含至少两个页,因为有一部分元
数据被存储在第一个尾页中。
在内核中声明了两个复合页的析构函数,默认情况下会调用free_compound_page
来将所有的页返回给系统的页框分配器,而hugetlbfs子系统会调用free_huge_page
来做一些统计并释放。
使用复合页的最经典的一个例子就是THP(transparent huge page),
另外一些驱动使用复合页来方便缓存的管理。
ref
1. https://lwn.net/Articles/619514/
问题
- page cache?
- hugetlbfs?
- transparent huge page?