Linux 核心--4.内存管理(5)

每次核心交换后台进程都会尝试去压缩这些cache。　

它首先检查mem_map页面数组中的页面块看是否有可以从物理内存中丢弃出去的。当系统中的空闲页面数降低　到一个危险水平时，核心后台交换进程频繁进行交换，则检查的页面块一般比较大。检查的方式为轮转，每次试图压缩内存映象时，核心后台交换进程总是检查不同的页面块。这是众所周知的clock算法，每次在整个mem_map页面数组中对页面进行检查。　

核心后台交换进程将检查每个页面看是否已经被page　cache或者buffer　cache缓冲。读者可能已经注意到共享页面不在被考虑丢弃的页面之列，这种页面不会同时出现在这两种cache中。如果页面不在这两者中任何一种之中时，它将检查mem_map页面数组中的下一个页面。　

缓存在buffer　cache(或者页面中的缓冲被缓存)中的页面可以使缓冲分配和回收更加有效。内存压缩代码将　力图释放在受检页面中包含的缓冲区。　

如果页面中包含的所有缓冲区都被释放，这个页面也将被释放。如果受检页面在Linux的page　cache中，则它会从page　cache中删除并释放。　

如果释放出来了足够的页面，核心交换后台进程将等待到下一次被唤醒。这些被释放的页面都不是任何进程虚拟内存的一部分，这样无须更新页表。如果没有足够的缓冲页面丢弃则交换进程将试图将一些共享页面交换出去。　

3.8.2　　换出系统V内存页面
系统V共享内存是一种用来在进程之间通过共享虚拟内存来实现进程通讯的机制。进程是如何共享内存将在IPC　一章中详细讨论。现在只需要说明系统V共享内存的任何区域都可以用一个shmid_ds数据结构来表示就足够了。　此结构包含一个指向vm_area的链表指针，vm_area是为每个共享此虚拟内存区域设计的结构。它们之间通过　vm_next_shared和vm_prev_shared指针来连接。每个shmid_ds数据结构包含一个页表入口，每个入口描叙物理页面与共享虚拟页面之间的映射关系。　

核心交换后台进程同样使用clock算法来将系统V共享内存页面交换出去。　

每次运行时，它要记得哪个共享虚拟内存区域的哪个页面是最后一个被交换出去的。两个索引可以协助它完成这项工作，其一是一组shmid_ds数据结构的索引，另一个是系统V共享内存区域的页表入口链表的索引。　这能够保证对系统V共享内存区域作出公平的选择。　

由于对于给定的系统V共享虚拟内存的物理页面框号被保存在所有共享此虚拟内存区域进程的页表中，核心　交换后台进程必须同时修改所有的页表以表示页面不再在内存而在交换文件中。对于每个要交换出去的共享　页面，核心交换后台进程可以在每个共享进程的页表中的页表入口中找到它们(通过vm_area_struct数据结　构)。如果对应此系统V共享内存的页面的进程页表入口是有效的，它可以将其转变成无效，这样换出页表入口和共享页面的用户数将减一。换出系统V共享页表入口的格式中包含一个对应于一组shmid_ds数据结构的索引以及一个对系统V共享内存区域的页表入口索引。　

如果所有共享进程的页表都被修改后此页面的记数为0则共享页面可以被写到交换文件中。同样指向此系统V共享内存区域的shmid_ds数据结构链表中的页表入口也被换出页表入口代替。换出页表入口虽然无效但是它包含一组打开的交换文件的索引，同时还能找到换出页面在文件中的偏移。当页面重新被带入物理内存时，这些信息十分有用。　

3.8.3　　换出和丢弃页面
交换后台进程依次检查系统中的每个进程以确认谁最适合交换出去。　

比较好的候选者是那些可以被交换出去（有些是不可被交换出去的）并且只有一个或者几个页面在内存中的进程。只有那些包含的数据无法检索的页面才会从物理内存中交换到系统交换文件中去。　

可执行映象的许多内容都可以从映象文件中读出并且可以很容易重读出来。例如，映象中的可执行指令不能被映象本身修改，所以决不会写到交换文件中去。这些页面直接丢弃就可以。当进程再次引用它们时，只需要从可执行映象文件中读入内存即可。　

一旦确定了将要被交换出去的进程，交换后台进程将搜索其整个虚拟内存区域以找到那些没有共享或者加锁的区域。　

Linux并不会将选中的进程的整个可交换页面都交换出去，它只删除一小部分页面。　

如果内存被加锁则页面不能被交换或者丢弃。　

Linux交换算法使用页面衰老算法。每个页面有一个计数器来告诉核心交换后台进程这个页面是否值得交换出　去（此计数器包含在mem_map_t结构中）。当页面没有使用或者没有找到时将会衰老；交换后台进程仅仅交换　出那些老页面。缺省操作是：当页面被首次分配时，其年龄初始值为3，每次引用其年龄将加3，最大值为20。　每次核心交换后台进程运行它来使页面衰老-将年龄减1。这个缺省操作可以改变并且由于这个原因它们被存储在swap_control数据结构中。　

如果页面变老了(age=0)，则交换后台进程将进一步来处理它。dirty页面可以被交换出去。Linux在PTE中使　用一个硬件相关位来描叙页面的这个特性（见图3.2）。然而不是所有的dirty页面都有必要写入到交换文件　中去。进程的每个虚拟内存区域可能有其自身的交换操作(由vm_area_struct结构中的vm_ops指针表示)，在　交换时使用的是这些方法。否则，交换后台进程将在交换文件中分配一个页面并将页面写到设备上去。　

页面的页表入口被标志成无效但是它包含了页面在在交换文件中位置的信息，包括一个表示页面在交换文件中位置的偏移值以及使用的是哪个交换文件。但是不管使用的是哪种交换算法，以前那个物理页面将被标志成空闲并放入free_area中。Clean（或者not　dirty）的页面可以丢弃同时放入free_area以备重新使用。　

如果有足够的可交换进程页面被交换出去或丢弃，则交换后台进程将再次睡眠。下次它醒来时将考虑系统中　的下一个进程。通过这种方法，交换后台进程一点一点地将每个进程的可交换或可丢弃物理页面收回知道系　统再次处于平衡状态。这比将整个进程交换出去要公平得多。　

3.9　　The　Swap　Cache
当将页面交换到交换文件中时，Linux总是避免页面写，除非必须这样做。当页面已经被交换出内存但是当有进程再次访问时又要将它重新调入内存。只要页面在内存中没有被写过，则交换文件中的拷贝是有效的。　

Linux使用swap　cache来跟踪这些页面。这个swap　cache是一个页表入口链表，每个对应于系统中的物理页面。这是一个对应于交换出页面的页表入口并且描叙页面放置在哪个交换文件中以及在交换文件中的位置。　如果swap　cache入口为非0值，则表示在交换文件中的这一页没有被修改。如果此页被修改（或者写入）。　则其入口从swap　cache中删除。　

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