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在 Linux 内核中，页面分配器（Page Allocator）扫描内存区域（Zone）的方向遵循 从高优先级到低优先级 的规则，具体逻辑如下：
一、Zone 的默认扫描顺序
内核根据 硬件兼容性 和 内存使用效率 预先定义了 Zone 的优先级顺序：
1.高优先级 → 低优先级
*典型顺序（以 x86_64 为例）：
ZONE_NORMAL → ZONE_DMA32 → ZONE_DMA
*对于 32 位系统：
ZONE_HIGHMEM → ZONE_NORMAL → ZONE_DMA
*核心逻辑：优先从通用性高、访问速度快的 Zone 分配，避免过早耗尽特殊用途内存（如 DMA）。
2.例外场景
若分配请求通过 gfp_mask 明确指定了 Zone（如 __GFP_DMA），则直接锁定目标 Zone，跳过其他区域。
若分配标志包含__GFP_MOVABLE，优先扫描MOVABLE zone以减少内存碎片。
若对GFP_KERNEL等常规标志，按默认zonelist顺序扫描。
二、扫描方向的动态调整
分配器会根据 内存压力 和 分配策略 动态调整扫描方向：
1.首次分配尝试（Fast Path）
按默认优先级顺序（如 ZONE_NORMAL → ZONE_DMA32 → ZONE_DMA）扫描。
若某个 Zone 满足 水位线（Watermark） 条件（空闲页 ≥ min），则立即分配。
水位检测机制
通过min/low/high三级水位动态控制分配策略：
// 内核水位检查伪代码
if (zone->free_pages < zone->watermark[WMARK_MIN])
触发直接回收；
else if (zone->free_pages < zone->watermark[WMARK_LOW])
启动后台kswapd回收
2.内存不足时的回退（Fallback）
若高优先级 Zone 无法满足需求，向低优先级 Zone 降级扫描。例如：ZONE_NORMAL 不足 → 尝试 ZONE_DMA32 → 再尝试 ZONE_DMA。
此过程可能触发 内存回收 或 压缩（在慢速路径中）。
三、与 gfp_mask 的关联
1.隐式优先级覆盖
例如，GFP_KERNEL 默认允许 ZONE_NORMAL 和 ZONE_DMA32，但优先从 ZONE_NORMAL 分配。
GFP_HIGHUSER 则可能优先扫描 ZONE_HIGHMEM（在 32 位系统中）。
2.NUMA 架构影响
在多节点（NUMA）系统中，分配器优先扫描 本地节点 的 Zone，其次才是远程节点。
NUMA系统特殊处理
在NUMA架构中通过/proc/sys/vm/zone_reclaim_mode控制跨节点分配策略：
0：禁用本地回收，优先跨节点分配
1：启用本地页面回收
2：激进本地回收（含脏页回写）
四、RISC-V 架构的特殊性
在 RISC-V 平台中：
1.Zone 简化
通常仅保留 ZONE_NORMAL 和 ZONE_DMA，无 ZONE_HIGHMEM（因 64 位地址空间充足）。
2.扫描顺序
默认从 ZONE_NORMAL 开始，若 DMA 请求则直接跳至 ZONE_DMA。
五、示例场景
场景 1：用户进程申请普通内存（GFP_KERNEL）
→ 分配器按 ZONE_NORMAL → ZONE_DMA32 → ZONE_DMA 顺序扫描。
若仍不满足，转向相邻节点重复上述顺序
最终触发直接内存回收或OOM
场景 2：DMA 设备申请内存（__GFP_DMA）
→ 直接锁定 ZONE_DMA，跳过其他 Zone。
六、源码实现
在内核代码中，Zone的扫描顺序通过for_each_zone_zonelist_nodemask宏实现，核心逻辑为：
// mm/page_alloc.c
struct page *alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order) {
// 根据gfp_mask确定允许的最高Zone类型（如ZONE_NORMAL）
enum zone_type highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
// 按优先级从高到低遍历Zone
for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, highest_zoneidx, nodemask) {
if (zone_watermark_ok(zone, order, ...)) {
// 分配成功
return page;
}
}
// 所有Zone均无法满足请求
return NULL;
}
5.10内核：
static struct page *get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
const struct alloc_context *ac)
{
no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
z = ac->preferred_zoneref;
for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,ac->nodemask)
}
七、优势与设计考量
性能优化：优先使用ZONE_NORMAL减少地址转换开销。
资源隔离：保留DMA Zone内存供硬件设备使用，避免竞争。
减少碎片：按优先级分配可延缓低Zone的碎片化。
总结：页面分配器的 Zone 扫描方向本质是 优先级驱动，结合硬件约束（如 DMA 需求）、内存状态（水位线）和分配策略（gfp_mask）动态决策。这种设计平衡了性能（减少跨 Zone 访问开销）和可靠性（避免特殊内存耗尽）。