# pageblock和migratetype 在page allocator中有两个概念会用到： * pageblock * migratetype 在这里我们好好研究一下。 ## 相关数据结构 这两个概念有相关性，开始我以为两个是一个意思，但仔细看了后发现是两个不同的概念。 ### pageblock pageblock的定义是在mem\_section中。 ``` mem_section +-----------------------------+ |section_mem_map | | (unsigned long) | +-----------------------------+ |usage | | (mem_section_usage *) | | +-------------------------+ | |subsection_map | | | | . . . | | | [(1UL << (PFN_SECTION_SHIFT - pageblock_order))] 个 | | | each 4/8bits represents a pageblock type | |pageblock_flags[0] | get_pfnblock_flags_mask() / get_pfnblock_migratetype() | | (unsigned long) ---|--->+----+----+----+---...---+----+----+ +---+-------------------------+ | | | | | | | | | | | | | | +----+----+----+---...---+----+----+ ``` 可以看到，pageblock是粒度比在section小的一个概念。（而且从大小上看，不能比buddy allocator中的MAX\_ORDER要大，最多持平，参见isolate\_single\_pageblock的注释） 再看一眼，实际上整个mem\_section\_usage定义的时候是一个指针，所以相关的存储空间是在初始化时，动态分派的。sparse\_init\_nid()。 其中pageblock的空间是个另一个usage中的成员一起分配的，sparse\_usage\_init()。其中计算mem\_section\_usage大小的函数是mem\_section\_usage\_size()。 ``` static unsigned long usemap_size(void) { return BITS_TO_LONGS(SECTION_BLOCKFLAGS_BITS) * sizeof(unsigned long); } size_t mem_section_usage_size(void) { return sizeof(struct mem_section_usage) + usemap_size(); } ``` 所以，实际上给pageblock分配的空间是通过usemap\_size()计算出来的。可以看出，pageblock是以bitmap的形式出现的。那就再看看这个bitmap是怎么定义的。 ``` #define PB_migratetype_bits 3 /* Bit indices that affect a whole block of pages */ enum pageblock_bits { PB_migrate, PB_migrate_end = PB_migrate + PB_migratetype_bits - 1, /* 3 bits required for migrate types */ PB_compact_skip,/* If set the block is skipped by compaction */ #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION /* * Pageblock isolation is represented with a separate bit, so that * the migratetype of a block is not overwritten by isolation. */ PB_migrate_isolate, /* If set the block is isolated */ #endif /* * Assume the bits will always align on a word. If this assumption * changes then get/set pageblock needs updating. */ __NR_PAGEBLOCK_BITS }; #define NR_PAGEBLOCK_BITS (roundup_pow_of_two(__NR_PAGEBLOCK_BITS)) #define SECTION_BLOCKFLAGS_BITS \ ((1UL << (PFN_SECTION_SHIFT - pageblock_order)) * NR_PAGEBLOCK_BITS) ``` SECTION\_BLOCKFLAGS\_BITS分成两部分，前者是计算一个section中可以划分多少pageblock，后者是给出一个pageblock需要多少bit来表示属性。 NR\_PAGEBLOCK\_BITS是根据pageblock\_bits的定义来的 * 如果没有定义CONFIG\_MEMORY\_ISOLATION，得出的结果是4 * 如果定义了CONFIG\_MEMORY\_ISOLATION，得出的结果是8 ### migratetype migratetype和buddy allocator的关系更紧密一些。 ``` struct zone +------------------------------+ The buddy system |free_area[MAX_ORDER] 0...10 | | (struct free_area) | | +--------------------------+ | |nr_free | number of available pages | |(unsigned long) | in this free_area[] list | | | | +--------------------------+ | | | free_area[0] | |free_list[MIGRATE_TYPES] | Order0 +-----------------------+ | |(struct list_head) | Pages |free_list | | | | | (struct list_head) | | | | +-----------------------+ | | | . | | | . | | | . | | | | | | free_area[10] | | | Order10 +-----------------------+ | | | Pages |free_list | | | | | (struct list_head) | | | | +-----------------------+ +---+--------------------------+ ``` 通常我们都说分配内存时，是从free\_area\[].free\_list上找，但是往往忽略的是free\_list其实是按照migratetype做了区分的。 所以在分配的时候我们可以指定从哪种类型分配，也可以将特定的内存放到指定的类型上。这样就不会被其他人影响。 ``` enum migratetype { MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_MOVABLE, MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_PCPTYPES, /* the number of types on the pcp lists */ MIGRATE_HIGHATOMIC = MIGRATE_PCPTYPES, #ifdef CONFIG_CMA /* * MIGRATE_CMA migration type is designed to mimic the way * ZONE_MOVABLE works. Only movable pages can be allocated * from MIGRATE_CMA pageblocks and page allocator never * implicitly change migration type of MIGRATE_CMA pageblock. * * The way to use it is to change migratetype of a range of * pageblocks to MIGRATE_CMA which can be done by * __free_pageblock_cma() function. */ MIGRATE_CMA, __MIGRATE_TYPE_END = MIGRATE_CMA, #else __MIGRATE_TYPE_END = MIGRATE_HIGHATOMIC, #endif #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION MIGRATE_ISOLATE, /* can't allocate from here */ #endif MIGRATE_TYPES }; ``` 比如说，我们可以看到在pageblock\_bits和migratetype定义中，都有一个CONFIG\_MEMORY\_ISOLATION的定义。而这里又都定义了一个isolate的类型。 这个我估计和内存的隔离功能是密切相关的。 ## 相关操作 看过了数据结构，接下来看看有哪些常用的操作。 ### pageblock 对pageblock来说，有两组四个个 * \_\_set\_pfnblock\_flags\_mask(, MIGRATETYPE\_AND\_ISO\_MASK) * \_\_get\_pfnblock\_flags\_mask() * set\_pfnblock\_bit() * clear\_pfnblock\_bit() 其实就是找到对应pfn在mem\_section->usage->pageblock\_flags中的位置，然后读取/设置对应的pageblock值。也就是那4位或者8位。或者是只处理其中某一位。 不过其中有意思的是\_\_set\_pfnblock\_flags\_mask()最后一个参数，MIGRATETYPE\_AND\_ISO\_MASK。这个我们留到下面再说。 ### migratetype 对migratetype来说，有三组七个（怎么这么不对称） * get\_pfnblock\_migratetype() * set\_pageblock\_migratetype() * get\_pageblock\_migratetype() * set\_pageblock\_isolate() * clear\_pageblock\_isolate() * get\_pageblock\_isolate() * toggle\_pageblock\_isolate() 从这个名字上可以看出，isolate这个属性是有点特别的，为它单独出了四个函数。而且好像和migratetype中其他的属性有点格格不入。 后面四个函数都是围绕pageblock中PB\_migrate\_isolate这一个bit来操作的。而前面两个则是整个pageblock的操作。然而要看清楚关键，还是要看前两者的实现。 比如在\[get|set]\_pageblock\_migratetype()，都单独处理了isolate。甚至想要设置MIGRATE\_ISOLATE，必须要用set\_pageblock\_isolate()。 这样做的原因是因为这个commit ``` ommit 42f46ed99ac6c07adf7f3bcbe9040b0c52d62d0f Author: Zi Yan Date: Mon Jun 16 22:11:09 2025 -0400 mm/page_alloc: pageblock flags functions clean up Patch series "Make MIGRATE_ISOLATE a standalone bit", v10. ``` 把MIGRATE\_ISOLATE单独列出来了。 ## pageblock和migratetype的关系 pageblock和migratetype之间有着密切的联系，但是两者又不一样。让我们合起来看看。 我们先从一个定义开始，还记得我们前面提到过的MIGRATETYPE\_AND\_ISO\_MASK吗？ 这里就要请他出场了。 ``` #define MIGRATETYPE_AND_ISO_MASK \ (((1UL << (PB_migrate_end + 1)) - 1) | BIT(PB_migrate_isolate)) ``` 这个mask就是所有有效的migratetype位。后面一个isolate的bit一眼看出来了，前半部分有点意思。但是结合pageblock\_bits的定义就看出来了。**3 bits required for migrate types**。 好了，这也就是告诉我们pageblock中，低三位是用来存储/表达migratetype的。下面这么对比一看，是不是就清楚一些了？ ``` enum pageblock_bits { enum migratetype { PB_migrate, MIGRATE_UNMOVABLE, PB_migrate_end = PB_migrate + PB_migratetype_bits - 1, MIGRATE_MOVABLE, /* 3 bits required for migrate types */ MIGRATE_RECLAIMABLE, PB_compact_skip,/* If set the block is skipped by compaction */ MIGRATE_PCPTYPES, /* the number of types on the pcp lists */ MIGRATE_HIGHATOMIC = MIGRATE_PCPTYPES, #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION #ifdef CONFIG_CMA /* /* * Pageblock isolation is represented with a separate bit, so that * MIGRATE_CMA migration type is designed to mimic the way * the migratetype of a block is not overwritten by isolation. * ZONE_MOVABLE works. Only movable pages can be allocated */ * from MIGRATE_CMA pageblocks and page allocator never PB_migrate_isolate, /* If set the block is isolated */ * implicitly change migration type of MIGRATE_CMA pageblock. #endif * /* * The way to use it is to change migratetype of a range of * Assume the bits will always align on a word. If this assumption * pageblocks to MIGRATE_CMA which can be done by * changes then get/set pageblock needs updating. * __free_pageblock_cma() function. */ */ __NR_PAGEBLOCK_BITS MIGRATE_CMA, }; __MIGRATE_TYPE_END = MIGRATE_CMA, #else __MIGRATE_TYPE_END = MIGRATE_HIGHATOMIC, #endif #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION MIGRATE_ISOLATE, /* can't allocate from here */ #endif MIGRATE_TYPES }; ``` 另外，为了防止后面有人误操作，在migratetype中新增加类型导致pageblock中放不下，还在get\_pfnblock\_bitmap\_bitidx()中增加了编译时报错. ``` BUILD_BUG_ON(__MIGRATE_TYPE_END >= (1 << PB_migratetype_bits)); ``` 这样保证了migratetype不会超出pageblock中规定的范围。 ## 启动时，内存放在那个类型上 前面我们在migratetype部分看到free\_list\[]其实是一个数组，根据pageblock中的值，会把page存放到对应的链表。 那我们现在来看看系统启动时，会把page放到那个链表。 ### 设置migratetype 启动过程中，我们把对应的pageblock设置成了MIGRATE\_MOVABLE。 ``` memmap_init() memmap_init_zone_range() memmap_init_range( MIGRATE_MOVABLE, false) init_pageblock_migratetype( MIGRATE_MOVABLE, false) ``` ### 释放过程 启动过程中，\_\_free\_memory\_core()会将memblock中记录的内存释放到buddy。跳过前面的部分，我们看看到最后的时候是怎么处理的。 ``` free_one_page(zone, page, pfn, order, ) split_large_buddy() // 如果order > pageblock_order, 则会切分后继续 mt = get_pfnblock_migratetype(page, pfn) // 得到对应的migratetype __free_one_page(page, pfn, zone, order, mt) __add_to_free_list(page, zone, order, mt, ) // 最后存放到指定的order，指定的migratetype上 ```