内存管理-11-buddy伙伴子系统-2-Per-CPU页帧缓存

基于msm-5.4

一、概述

1. 实现背景

buddy子系统管理的物理页面，绝大多数都是放在 zone::free_area[] 中的链表中，少部分放在 zone::lowmem_reserve[] 中。还有少量页面放在
zone::__percpu pageset 这个每CPU变量中，每种迁移类型也都对应一个链表，但是没有order，都是单页大小的内存块。

由于前两个部分对所有CPU来说是全局的，链表的维护需要拿锁，这个同步带来开销。现在多核CPU是有多级缓存的，只有L1是私有的，L2/L3都是公有的，不同的CPU去访问同一个变量的时候，又涉及到缓存的同步刷新问题，这也会带来一定的开销。

使用本地缓存的页面不需要去申请锁，单个物理页面的申请释放是最频繁的，如果将单个物理页面的申请与释放做成一个每CPU的缓存，这样就不需要去拿全局锁了。Per-CPU页帧缓存的目的就是提升申请物理内存的性能，减少锁和cache缓存同步带来的开销。

2. 实现原理

struct zone 中有一个每CPU的 pageset 成员。

struct zone {
    struct per_cpu_pageset __percpu *pageset;
}

struct per_cpu_pageset {
    struct per_cpu_pages pcp;
    s8 stat_threshold;
    s8 vm_stat_diff[NR_VM_ZONE_STAT_ITEMS];
};

struct per_cpu_pages {
    int count;        //lists链表中页面的个数
    int high;        //高水位，需要清空
    int batch;        //伙伴块添加/删除的大小
    struct list_head lists[MIGRATE_PCPTYPES]; //每个迁移类型一个链表，链表上的页面都是单个物理页
};

在释放单个物理页的时候，不会释放给伙伴系统，而是直接释放到自己的本地 per_cpu_pages::lists 链表上。等到下次再申请单个物理页面时，首先去本地链表上去拿，若拿不到再到全局伙伴系统中去拿。

这个本地链表上缓存的单个物理页面的个数不是无限增加的，当超过 _watermark[] 水位值，伙伴系统中页面数较少的时候，会再将每CPU的页缓存释放到伙伴系统的全局链表上。