各字段含义如下所示:

　　lru_lock:active_list 和 inactive_list 使用的自旋锁。

　　active_list:管理内存区域中处于活跃状态的页面。

　　inactive_list:管理内存区域中处于不活跃状态的页面。

　　nr_active:active_list 链表上的页面数目。

　　nr_inactive:inactive_list 链表上的页面数目。

　　如何在两个 LRU 链表之间移动页面

　　Linux 引入了两个页面标志符 PG_active 和 PG_referenced 用于标识页面的活跃程度,从而决定如何在两个链表之间移动页面。PG_active 用于表示页面当前是否是活跃的,如果该位被置位,则表示该页面是活跃的。PG_referenced 用于表示页面最近是否被访问过,每次页面被访问,该位都会被置位。Linux 必须同时使用这两个标志符来判断页面的活跃程度,假如只是用一个标志符,在页面被访问时,置位该标志符,之后该页面一直处于活跃状态,如果操作系统不清除该标志位,那么即使之后很长一段时间内该页面都没有或很少被访问过,该页面也还是处于活跃状态。为了能够有效清除该标志位,需要有定时器的支持以便于在超时时间之后该标志位可以自动被清除。然而,很多 Linux 支持的体系结构并不能提供这样的硬件支持,所以 Linux 中使用两个标志符来判断页面的活跃程度。

　　Linux 2.6 中这两个标志符密切合作,其核心思想如下所示:

　　● 如果页面被认为是活跃的,则将该页的 PG_active 置位;否则,不置位。

　　● 当页面被访问时,检查该页的 PG_referenced 位,若未被置位,则置位之;若发现该页的 PG_referenced 已经被置位了,则意味着该页经常被访问,这时,若该页在 inactive 链表上,则置位其 PG_active 位,将其移动到 active 链表上去,并清除其 PG_referenced 位的设置;如果页面的 PG_referenced 位被置位了一段时间后,该页面没有被再次访问,那么 Linux 操作系统会清除该页面的 PG_referenced 位,因为这意味着这个页面最近这段时间都没有被访问。

　　● PG_referenced 位同样也可以用于页面从 active 链表移动到 inactive 链表。对于某个在 active 链表上的页面来说,其 PG_active 位被置位,如果 PG_referenced 位未被置位,给定一段时间之后,该页面如果还是没有被访问,那么该页面会被清除其 PG_active 位,挪到 inactive 链表上去。

　　Linux 中实现在 LRU 链表之间移动页面的关键函数如下所示(本文涉及的源代码均是基于 Linux 2.6.18.1 版本的):

　　● mark_page_accessed():当一个页面被访问时,则调用该函数相应地修改 PG_active 和 PG_referenced。

　　● page_referenced():当操作系统进行页面回收时,每扫描到一个页面,就会调用该函数设置页面的 PG_referenced 位。如果一个页面的 PG_referenced 位被置位,但是在一定时间内该页面没有被再次访问,那么该页面的 PG_referenced 位会被清除。

　　● activate_page():该函数将页面放到 active 链表上去。

　　● shrink_active_list():该函数将页面移动到 inactive 链表上去。

　　LRU 缓存

　　前边提到,页面根据其活跃程度会在 active 链表和 inactive 链表之间来回移动,如果要将某个页面插入到这两个链表中去,必须要通过自旋锁以保证对链表的并发访问操作不会出错。为了降低锁的竞争,Linux 提供了一种特殊的缓存:LRU 缓存,用以批量地向 LRU 链表中快速地添加页面。有了 LRU 缓存之后,新页不会被马上添加到相应的链表上去,而是先被放到一个缓冲区中去,当该缓冲区缓存了足够多的页面之后,缓冲区中的页面才会被一次性地全部添加到相应的 LRU 链表中去。Linux 采用这种方法降低了锁的竞争,极大地提升了系统的性能。

　　LRU 缓存用到了 pagevec 结构，如下所示 :