Linux 커널 메모리 단편화 방지 기술: 메모리 관리에 대한 심층적인 이해

Linux 시스템에서 다양한 메모리 문제를 겪어본 적이 있나요? 메모리 누수, 메모리 조각화 등 이러한 문제는 리눅스 커널 메모리 단편화 방지 기술에 대한 깊은 이해를 통해 해결될 수 있습니다.

리눅스 커널이 물리적 메모리를 구성하고 관리하는 방식이 버디 시스템인데, 물리적 메모리 조각화는 조각화 문제를 예방하고 해결하기 위해 몇 가지 실용적인 기술을 채택했습니다. 여기서 요약하겠습니다.

1 메모리가 부족할 때 조각 통합

친구의 메모리 페이지 적용 적합한 페이지가 없으면 압축 및 회수라는 두 단계의 메모리 조정이 수행됩니다. 전자는 더 큰 연속 메모리를 얻기 위해 조각을 통합하는 것이고, 후자는 반드시 메모리를 차지하지 않는 버퍼 메모리를 재활용하는 것입니다. 여기서 초점은 전체 프로세스를 대략적으로 이해하는 것입니다.

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GFP_FS 및 __GFP_IO; 또한, 영역의 남은 메모리는 특정 조건을 충족해야 합니다. 커널은 이를 "조각화 인덱스"라고 부릅니다. 이 값은 0에서 1000 사이입니다. 압축은 기본 조각화 인덱스가 더 큰 경우에만 수행할 수 있습니다. 500보다. 이 기본값은 proc 파일 extfrag_threshold를 통해 조정할 수 있습니다. 조각화 지수는 Fragmentation_index 함수를 통해 계산됩니다.

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메모리 조각을 통합하는 과정에서 조각난 페이지는 이 영역 내에서만 이동하며, 해당 영역의 낮은 주소에 있는 페이지는 최대한 영역 끝으로 이동합니다. 새 페이지 위치 적용은 Compaction_alloc 함수를 통해 구현됩니다.

이동 프로세스는 동기식과 비동기식으로 구분됩니다. 메모리 적용이 실패한 후 첫 번째 압축에서는 비동기식을 사용하고 후속 회수에서는 동기식을 사용합니다. 동기 프로세스는 현재 사용되지 않는 페이지만 이동하고, 비동기 프로세스는 이동하기 전에 모든 MOVABLE 페이지가 사용될 때까지 순회하고 기다립니다.

2 이동성으로 페이지 정리

메모리 페이지는 이동성에 따라 다음 세 가지 유형으로 구분됩니다.
UNMOVABLE: 메모리의 위치가 고정되어 있어 마음대로 이동할 수 없습니다. 커널에 의해 할당된 메모리는 기본적으로 이 유형에 속합니다.
RECLAIMABLE: 이동할 수는 없지만 삭제 및 재활용은 가능합니다. 예를 들어, 파일 매핑 메모리;
MOVABLE: 사용자 공간 메모리는 기본적으로 이 유형에 속합니다.
메모리 신청 시 이동성에 따라 먼저 지정된 유형의 무료 페이지에서 메모리를 신청하세요. 각 영역의 여유 메모리는 다음과 같이 구성됩니다. 으아아아

지정된 유형의 free_area에서 메모리를 요청할 수 없는 경우 백업 유형에서 할당할 수 있습니다. 커널은 이 프로세스를 "도용"이라고 부릅니다.

대체 유형 우선순위 목록은 다음과 같이 정의됩니다.
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모든 시나리오가 이동성에 따라 페이지를 구성하는 데 적합한 것은 아니라는 점에 유의할 필요가 있습니다. 다양한 유형에 할당할 만큼 메모리 크기가 충분하지 않은 경우 이동성을 활성화하는 것은 적합하지 않습니다. 메모리 초기화 중에 설정되는 활성화 여부를 나타내는 전역 변수가 있습니다:

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page_group_by_mobility_disabled인 경우 모든 메모리를 이동할 수 없습니다.

각 메모리 영역이 갖는 최소 페이지 수를 결정하는 매개변수인 pageblock_nr_pages가 있으며 다음과 같이 정의됩니다.

#define pageblock_order HUGETLB_PAGE_ORDER

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시스템 초기화 중에 모든 페이지는 MOVABLE로 표시됩니다:

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다른 이동성 유형의 페이지는 나중에 생성되는데, 이는 위에서 언급한 "훔치기"입니다. 이런 일이 발생하면 일반적으로 작은 조각 생성을 피하기 위해 대체에서 우선순위가 높고 더 큰 연속 페이지가 "도용"됩니다.

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/proc/pageteypeinfo를 통해 현재 시스템의 다양한 유형의 페이지 분포를 볼 수 있습니다.

3 가상 이동식 메모리 도메인

이동성을 기반으로 페이지를 구성하는 기술 이전에 커널에 통합된 또 다른 방법이 있는데, 바로 가상 메모리 도메인인 ZONE_MOVABLE입니다. 기본 아이디어는 간단합니다. 메모리를 분리 가능한 부분과 제거 불가능한 부분의 두 부분으로 나누는 것입니다.

1. enum zone_type {
2. \#ifdef CONFIG_ZONE_DMA
3. ZONE_DMA,
4. \#endif
5. \#ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
6. ZONE_DMA32,
7. \#endif
8. ZONE_NORMAL,
9. \#ifdef CONFIG_HIGHMEM
10. ZONE_HIGHMEM,
11. \#endif
12. ZONE_MOVABLE,
13. __MAX_NR_ZONES
14. };

ZONE_MOVABLE的启用需要指定kernel参数kernelcore或者movablecore，kernelcore用来指定不可移动的内存数量，movablecore指定可移动的内存大小，如果两个都指定，取不可移动内存数量较大的一个。如果都不指定，则不启动。
与其它内存域不同的是ZONE_MOVABLE不关联任何物理内存范围，该域的内存取自高端内存域或者普通内存域。
find_zone_movable_pfns_for_nodes用来计算每个node中ZONE_MOVABLE的内存数量，采用的内存区域通常是每个node的最高内存域，在函数find_usable_zone_for_movable中体现。
在对每个node分配ZONE_MOVABLE内存时，kernelcore会被平均分配到各个Node：
kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
在kernel alloc page时，如果gfp_flag同时指定了__GFP_HIGHMEM和__GFP_MOVABLE，则会从ZONE_MOVABLE内存域申请内存。

总之，Linux kernel内存碎片防治技术是一个非常重要的概念，可以帮助你更好地理解Linux系统中的内存管理。如果你想了解更多关于这个概念的信息，可以查看本文提供的参考资料。

위 내용은 Linux 커널 메모리 단편화 방지 기술: 메모리 관리에 대한 심층적인 이해의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!