Linux 物理内存外碎片化浅析( 二 ) _Linux

小块内存在小块链表分配，减少大块链表被污染的概率；
内存释放时会尝试整合成大块内存的逻辑，有助于大块内存的合成；

除此之外，内核还支持以下措施改善物理内存外碎片化（只列举主要的机制）：
1.memory compaction
（1）内存规整原理
Linux物理页面规整机制，类似于磁盘整理，主要是应用了内核的页面迁移机制，是一种将可移动页面进行迁移后腾出连续物理内存的方法。
假设存在一个非常小的内存域如下：

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蓝色表示空闲的页面，白色表示已经被分配的页面，可以看到如上内存域的空闲页面（蓝色）非常零散，无法分配大于两页的连续物理内存。
下面演示一下内存规整的简化工作原理，内核会运行两个独立的扫描动作：第一个扫描从内存域的底部开始，一边扫描一边将已分配的可移动（MOVABLE）页面记录到一个列表中：

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另外第二扫描是从内存域的顶部开始，扫描可以作为页面迁移目标的空闲页面位置，然后也记录到一个列表里面：

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等两个扫描在域中间相遇，意味着扫描结束，然后将左边扫描得到的已分配的页面迁移到右边空闲的页面中，左边就形成了一段连续的物理内存，完成页面规整。

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（2）使用方法
如果想打开内存规整，内核需要打开相关的配置（默认为y）

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打开如上配置后，内存规整的触发是自动的，触发内存规整的途径如下：当进程尝试分配高阶内存无法满足并且完成direct_reclaim#1（暂不分析costly_order情况）后，系统会根据内存剩余判断是否触发内存规整；
注：#1direct_reclaim：进程分配内存时发现内存不足从而启动直接回收内存操作，这种模式下分配和回收是同步的关系，也就是说分配内存的进程会因为等待内存回收而被阻塞。

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内核也提供了接口给用户触发规整动作，接口如下：
/proc/sys/vm/compact_memory
只要往这个节点写值即可触发对系统所有node管理的内存做内存规整。
2.kcompactd
（1）kcompact设计原理
kcompactd是一个内核规整的后台进程，它跟memory compaction的区别在于：
memory compaction的触发途径是内存分配进入direct_reclaim（暂不分析costly_order情况）后系统会根据内存剩余判断是否触发内存规整，或者用户手动触发；
kcompactd在唤醒kswapd或者kswapd进入休眠时，主动触发内存规整。
kcompactd的触发路径如下：主要有如下两个途径：
唤醒kswapd之前触发规整，触发的条件是：本次分配不支持direct_reclaim，node内存节点是平衡的，并且kswapd失败的次数大于MAX_RECLAIM_RETRIES（默认16）。

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kswapd即将进入睡眠时：

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（2）使用方法
如果想打开内存规整，内核需要打开相关的配置（默认为y）

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3.其他优化的思路
内核经过不断的优化，那为何Linux为何还有物理内存外碎片化呢？那是因为物理内存外碎片化虽然是可以不断优化的，但却无法得到根除。目前的内核，我觉得导致物理外碎片化还有以下两个主要原因：

不可移动页面污染了内存环境，导致页面规整失败；
随着系统不断申请和释放的页面，导致伙伴系统分配的物理内存页帧号越发随机，从而导致内存被隔断的概率越高，碎片化的程度越高，在3.2阐述。

针对以上两个原因，以下的优化措施可能达到一定的优化效果：
（1）减少UNMOVABLE页面污染内存环境

限制不可以移动页面偷页行为

Linux内存分配中支持fallback机制，又叫偷页机制。该机制是为了规避同个zone管理单位页面类型剩余不平衡的问题，例如同个zone，A页面类型空闲内存较多，B页面类型空闲内存却非常紧缺，如果没有偷页机制，分配B页面类型就会进入内存分配慢速路径。有了偷页机制，在同个zone管理单位，如果UNMOVABLE类型无空闲页面，但是MOVABLE类型页面还有空闲页面，偷页机制支持在list_head[UNMOVABLE]分配不到页面的情况下，向list_head[MOVABLE]分配页面。