[發明專利]一基于大頁的冷熱頁追蹤及壓縮回收方法

有效

• 申請號: 201710142306.4
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN106970881B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 陳文智;王總輝;趙朋磊;徐浩;李國璽
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F12/02
• 分類號: G06F12/02;G06F12/0882
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 蔣瓊

本發明公開了一種基于大頁的冷熱頁追蹤及壓縮回收方法，該方法采用雙標志位PG_active和Ref確定大頁的活動程度，并根據大頁的活動程度移動大頁于熱頁鏈表與冷熱鏈表之間，基于上述的內容調用相關的函數對大頁進行冷熱頁追蹤及壓縮回收。該方法使內存回收機制更加完善，內存回收力度大大加強，使相同的物理內存能夠執行更多的程序。

技術領域

本發明屬于計算機操作系統技術領域，具體涉及一種基于大頁的冷熱頁追蹤及壓縮回收方法。

背景技術

現代CPU是通過尋址來訪問內存的。32位CPU的尋址范圍是 0～0xFFFFFFFF，可支持的物理內存最大是4G。但在實踐過程中，經常會有這樣的問題，多個應用程序同時需要占用的內存總量大于4G或者程序需要使用4G內存但是可用物理內存小于4G。為了解決內存不夠用的問題，現代CPU引入內存管理單元(Memory Management Unit，MMU)，MMU 的核心思想是利用虛擬地址替代物理地址，即CPU尋址時使用虛擬地址，由MMU負責將虛擬地址映射為物理地址。MMU的引入，解決了對物理內存的限制，對程序來說，就像自己在使用4G內存一樣。內存分頁(Paging) 是在使用MMU的基礎上，提出的一種內存管理機制。它將虛擬地址和物理地址按固定大小(如傳統的4KB)分割成頁(page)和頁幀(page frame)，并保證頁與頁幀的大小相同。這種機制，從數據結構上，保證了訪問內存的高效，并使操作系統能支持非連續性的內存分配。

目前，linux內核中用于解決內存不夠的技術主要是基于小頁(4KB) 的頁面回收和頁交換技術。內核通過將很少使用的部分內存頁換出到塊設備，這樣就相當于提供了更多的主存。內核在基于小頁的頁交換和頁面回收的實現中，使用了很多關鍵性的技術：主動回收與被動回收相結合的交換與回收策略；使用雙標志位的冷熱頁判斷機制；引入預讀機制的缺頁異常處理；基于優先級的具有熱插拔屬性的交換區管理。

對于用作服務器的機器來說，其內存相對于普通計算機要高得多。這時候采用原始的基于4K的分頁機制已經漸漸地無法很好地適用當前的應用場景。例如：對于具有128GB內存的linux服務器來說，4KB分一頁那么共分成32M(32,000,000)個頁，這是一個非常龐大的數字，漸漸的管理這些頁需要消耗的資源會削弱分頁機制帶來的好處。同時針對用戶需要大量使用內存的情況，原有的小頁會增加缺頁次數與內存的訪問次數。因此在linux內核2.6版本以后，linux內核也引入了內存大頁的機制。但是，對于大頁的冷熱頁追蹤，當前內核并沒有實現，而是將大頁分解成多個小頁進行冷熱頁追蹤。因此實現一個基于大頁的冷熱頁追蹤是非常重要的，它對于更好的進行頁交換與頁面回收具有舉足輕重的作用。

發明內容

鑒于上述，本發明提出了一種基于大頁的冷熱頁追蹤及壓縮回收方法，該方法基于雙標志位確定大頁活動程度，能夠更加準確地將冷熱大頁進行分類，且能夠實現冷頁的壓縮回收。

本發明提出了一種基于大頁的冷熱頁追蹤及壓縮回收方法，包括以下步驟：

(1)針對每個內存節點，系統調用函數hp_kswapd，該函數hp_kswapd 啟動內核守護線程，該守護線程周期性地檢查大頁內存的使用情況；

(2)每個周期內，函數hp_kswapd調用函數hp_balance_node對大頁內存進行掃描，針對大頁內存不足的節點執行步驟(3)～步驟(6)；

(3)函數hp_balance_node調用函數hp_shrink_lruvec對大頁內存不足的節點的Lru鏈表中的大頁進行處理，得到處于熱頁鏈表上的大頁數目 m，處于冷頁鏈表上的大頁數目n，若m大于n，執行步驟(4)，否則，執行步驟(5)；

(4)函數hp_shrink_lruvec調用函數hp_shrink_active_list判斷熱頁鏈表上的大頁的活動程度，并將熱頁鏈表上的活動程度低的冷頁大頁移動到冷頁鏈表上；