页面回收技术案例代码分析

页面回收(Page Reclaim)是操作系统内存管理中的重要机制，主要用于在系统内存不足时回收不再使用的内存页。下面我将从Linux内核的角度分析页面回收的实现和相关代码。

Linux内核中的页面回收机制

Linux内核主要通过以下组件实现页面回收：

kswapd：内核守护进程，负责周期性检查并维护内存平衡
直接回收：当分配内存失败时触发的同步回收
LRU链表：用于跟踪最近最少使用的页面

主要数据结构

// mm/vmscan.c
struct scan_control {
    unsigned long nr_to_reclaim; // 需要回收的页数
    gfp_t gfp_mask;             // 分配标志
    
    /* 其他控制参数 */
    int order;
    int priority;
    bool may_writepage;
    bool may_unmap;
    bool may_swap;
};

kswapd核心逻辑

// mm/vmscan.c
static int kswapd(void *p)
{
    while (!kthread_should_stop()) {
        if (kswapd_try_to_sleep()) { // 尝试睡眠等待唤醒
            continue;
        }
        
        balance_pgdat(pgdat, order); // 执行实际的平衡工作
        
        /* ... */
    }
}

static void balance_pgdat(pg_data_t *pgdat, int order)
{
    do {
        sc.nr_reclaimed += shrink_zones(&sc, pgdat);
        
        if (sc.nr_reclaimed >= sc.nr_to_reclaim)
            break; // 已回收到足够的页
        
        /* ... */
    } while (--sc.priority >= 0);
}

LRU链表处理

// mm/vmscan.c
static unsigned long shrink_list(enum lru_list lru, struct scan_control *sc)
{
    if (is_active_lru(lru)) {
        // 处理活跃LRU链表
        return shrink_active_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
    } else {
        // 处理非活跃LRU链表 
        return shrink_inactive_list(nr_to_scan, lruvec, sc, lru);
    }
}

Android系统中的LMK(Low Memory Killer)

Android基于Linux内核实现了自己的低内存杀手机制：

// drivers/staging/android/lowmemorykiller.c
static int lowmem_shrink(struct shrinker *s, struct shrink_control *sc)
{
    for (i = 0; i < array_size; i++) {
        if (other_free < lowmem_minfree[i] &&
            other_file < lowmem_minfree[i]) { // 检查是否达到阈值
            
            selected = select_bad_process(&points); // 选择得分最高的进程
            
            if (selected) {
                send_sig(SIGKILL, selected, 0); // 杀死选中的进程
                rem -= selected->mm->total_vm;
            }
        }
    }
    
out:
    return rem;
}

static struct task_struct *select_bad_process(unsigned long *ppoints)
{
    for_each_process(p) {
        points = badness(p); // 计算"坏度"分数
        
        if (points > *ppoints || !selected) {
            selected = p;
            *ppoints = points;
        }
    }
    
out:
    return selected;
}

Windows系统的Working Set管理器

Windows使用工作集(Working Set)概念管理进程的内存使用：

// Windows内核中的工作集修剪示例逻辑(伪代码)
VOID MmTrimWorkingSet(PEPROCESS Process)
{
    ULONG_PTR NumberOfPagesToTrim = CalculatePagesToTrim();
    
retry:
    
    获取进程的工作集锁
    
    遍历进程的VAD树(Virtual Address Descriptors):
        对于每个符合条件的VAD区域:
            调用MiTrimWorkingSetForVad修剪该区域
            
    释放工作集锁
    
    如果还需要更多页且可以重试:
        降低修剪标准后goto retry
        
out:
    返回结果状态；
}

Java虚拟机的垃圾收集器(GC)

虽然JVM GC不是操作系统的页面回收，但原理类似：

// HotSpot VM中CMS收集器的标记清除阶段简化逻辑(伪代码)
void CMSCollector::collect() {
    
    初始标记(STW): 
        标记GC Roots直接可达的对象
        
    并发标记: 
        并行标记所有可达对象
        
    重新标记(STW): 
        修正并发期间变化的部分引用
        
    并发清除: 
        回收不可达对象占用的空间
    
}

Rust语言的内存管理示例

Rust的所有权系统在编译期就确定了对象的生命周期:

fn main() {
   let s1 = String::from("hello"); // s1拥有字符串
    
   let s2 = s1;                    // s1的所有权转移给s2
    
   println!("{}", s1);             // 编译错误！s1不再有效
    
   drop(s2);                       // s2离开作用域，内存被立即释放
}

以上展示了不同系统中页面/内存回收技术的实现思路和关键代码片段。如需更详细的某个特定系统的分析，可以进一步探讨具体部分。

内容由零声教学AI助手提供，问题来源于学员提问