如果操作系统在进行了内存回收操作之后仍然无法回收到足够多的页面以满足上述内存要求,那么操作系统只有最后一个选择,那就是使用 OOM( out of memory )killer,它从系统中挑选一个最合适的进程杀死它,并释放该进程所占用的所有页面。
上面介绍的内存回收机制主要依赖于三个字段:pages_min,pages_low 以及 pages_high。每个内存区域( zone )都在其区域描述符中定义了这样三个字段,这三个字段的具体含义如下表 1 所示。
表 1. 字段含义
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名称 |
字段描述 |
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pages_min |
区域的预留页面数目，如果空闲物理页面的数目低于 pages_min，那么系统的压力会比较大，此时，内存区域中急需空闲的物理页面，页面回收的需求非常紧迫。 |
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pages_low |
控制进行页面回收的最小阈值，如果空闲物理页面的数目低于 pages_low，那么操作系统内核会开始进行页面回收。 |
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pages_high |
控制进行页面回收的最大阈值，如果空闲物理页面的数目多于 pages_high，则内存区域的状态是理想的。 |
页面回收算法
Linux 中的页面回收是基于 LRU(least recently used,即最近最少使用 ) 算法的。LRU 算法基于这样一个事实,过去一段时间内频繁使用的页面,在不久的将来很可能会被再次访问到。反过来说,已经很久没有访问过的页面在未来较短的时间内也不会被频繁访问到。因此,在物理内存不够用的情况下,这样的页面成为被换出的最佳候选者。
LRU 算法的基本原理很简单,为每个物理页面绑定一个计数器,用以标识该页面的访问频度。操作系统内核进行页面回收的时候就可以根据页面的计数器的值来确定要回收哪些页面。然而,在硬件上提供这种支持的体系结构很少,Linux 操作系统没有办法依靠这样一种页计数器去跟踪每个页面的访问情况,所以,Linux 在页表项中增加了一个 Accessed 位,当页面被访问到的时候,该位就会被硬件自动置位。该位被置位表示该页面还很年轻,不能被换出去。此后,在系统的运行过程中,该页面的年龄会被操作系统更改。在 Linux 中,相关的操作主要是基于两个 LRU 链表以及两个标识页面状态的标志符,下文会逐一介绍这些相应的数据结构以及 Linux 如何使用这些数据结构进行页面回收。
LRU 链表
在 Linux 中,操作系统对 LRU 的实现主要是基于一对双向链表:active 链表和 inactive 链表,这两个链表是 Linux 操作系统进行页面回收所依赖的关键数据结构,每个内存区域都存在一对这样的链表。顾名思义,那些经常被访问的处于活跃状态的页面会被放在 active 链表上,而那些虽然可能关联到一个或者多个进程,但是并不经常使用的页面则会被放到 inactive 链表上。页面会在这两个双向链表中移动,操作系统会根据页面的活跃程度来判断应该把页面放到哪个链表上。页面可能会从 active 链表上被转移到 inactive 链表上,也可能从 inactive 链表上被转移到 active 链表上,但是,这种转移并不是每次页面访问都会发生,页面的这种转移发生的间隔有可能比较长。那些最近最少使用的页面会被逐个放到 inactive 链表的尾部。进行页面回收的时候,Linux 操作系统会从 inactive 链表的尾部开始进行回收。
用于描述内存区域的 struct zone() 中关于这两个链表以及相关的关键字段的定义如下所示:
| struct zone { …… spinlock_t lru_lock; struct list_head active_list; struct list_head inactive_list; unsigned long nr_active; unsigned long nr_inactive; …… } |
