page_alloc fallbacks[][]

伙伴系统中迁移类型降级（fallback）的优先级表。当某种迁移类型的空闲链表耗尽时，分配器按这个表尝试从其他类型"偷"页。

一、背景：为什么需要 fallback？

迁移类型与反碎片

• 空闲页按迁移类型分组（MIGRATE_UNMOVABLE/MOVABLE/RECLAIMABLE等）。

• 分配时优先从同类型链表取页，保持同类页聚集，减少碎片。

• __rmqueue_smallest()负责同类型分配。

问题：同类型耗尽怎么办？

• 如果请求MIGRATE_UNMOVABLE，但MIGRATE_UNMOVABLE链表空了，不能直接失败——那会导致分配失败、系统不可用。

• 必须允许从其他迁移类型借用页块。

• 但借用会破坏反碎片：把可移动页块借给不可移动用途，混合后难以整块迁移/回收。

解决：有策略的 fallback

• 不随便借，而是按预定义的优先级尝试。

• 优先借"影响最小"的类型。

• 这就是fallbacks[][]数组的作用。

二、数组定义解析

static int fallbacks[MIGRATE_PCPTYPES][MIGRATE_PCPTYPES - 1] = { [MIGRATE_UNMOVABLE] = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE }, [MIGRATE_MOVABLE] = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE }, [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_MOVABLE }, };

1. 维度

[MIGRATE_PCPTYPES][MIGRATE_PCPTYPES - 1]

• 第一维：请求的迁移类型（MIGRATE_PCPTYPES种，即参与 PCP/分组的前几种）。

• 第二维：候选的 fallback 类型列表，长度为MIGRATE_PCPTYPES - 1（排除自己）。

• 用指定初始化器[MIGRATE_UNMOVABLE] = {...}，清晰对应每种类型。

2. 注释

/* * This array describes the order lists are fallen back to when * the free lists for the desirable migrate type are depleted * * The other migratetypes do not have fallbacks. */

• "the order lists are fallen back to"：当目标类型链表耗尽时，按此顺序尝试其他类型。

• "The other migratetypes do not have fallbacks"：CMA、ISOLATE等不参与 fallback：

  • MIGRATE_CMA：CMA 区域有特殊用途，不能被普通分配随意借用（但可反向：普通类型可借 CMA？实际有特殊处理）；

  • MIGRATE_ISOLATE：隔离区，绝对不能借用。

• 所以数组第一维只覆盖MIGRATE_PCPTYPES。

3. 三行内容

三、优先级的设计逻辑

核心原则：借"影响最小"的类型

不同迁移类型的"可移动性"不同：

• MIGRATE_MOVABLE：可移动（用户态页），最灵活，可迁移/回收。

• MIGRATE_RECLAIMABLE：可回收（slab 缓存），可回收但不可迁移。

• MIGRATE_UNMOVABLE：不可移动（内核结构），既不可迁移也不可回收，最"死"。

破坏顺序（从轻到重）：

1. 借RECLAIMABLE：最坏情况是回收，页块仍可能恢复；

2. 借MOVABLE：可迁移，但可能造成碎片；

3. 借UNMOVABLE：最糟糕，永久占据，破坏连续性。

逐行分析

MIGRATE_UNMOVABLE的 fallback

[MIGRATE_UNMOVABLE] = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE },

• 请求不可移动页，但不可移动链表空了。

• 优先借RECLAIMABLE：可回收，未来能还回来；

• 再借MOVABLE：可迁移，影响次之；

• 最后才考虑（虽然表里只列了两个，实际逻辑可能还有更多处理）。

• 不会借UNMOVABLE（自己），因为已经空了。

MIGRATE_MOVABLE的 fallback

[MIGRATE_MOVABLE] = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE },

• 请求可移动页，但可移动链表空了。

• 优先借RECLAIMABLE：可回收；

• 再借UNMOVABLE：不可移动，但至少能用；

• 顺序反映：宁可借不可移动，也不……（这里没有更多选项）。

MIGRATE_RECLAIMABLE的 fallback

[MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_MOVABLE },

• 请求可回收页，但可回收链表空了。

• 优先借UNMOVABLE：不可移动但稳定；

• 再借MOVABLE：可移动；

• 为什么优先UNMOVABLE？因为 RECLAIMABLE 本身不可迁移，借UNMOVABLE语义更接近（都不可迁移），借MOVABLE反而可能把可移动页块"污染"成不可回收用途。

设计哲学总结

• 尽量借"能还回来"的类型：RECLAIMABLE优先（可回收）；

• 其次借"影响小"的类型；

• 避免借"不可逆"的类型，除非别无选择。

四、在 fallback 路径中的使用

__rmqueue_fallback()

static inline struct page *__rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype, unsigned int alloc_flags) { int current_order, i; struct page *page; struct free_area *area; int migratetype; int fallback_mt; /* * 从最高阶往下找，找能拆出 order 的块 */ for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= order; --current_order) { area = &zone->free_area[current_order]; /* * 按 fallbacks 数组顺序尝试其他迁移类型 */ for (i = 0; i < MIGRATE_PCPTYPES - 1; i++) { fallback_mt = fallbacks[start_migratetype][i]; /* 跳过被隔离的类型 */ if (is_migrate_isolate(fallback_mt)) continue; /* 尝试从该类型取页 */ page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt); if (!page) continue; /* 找到，取走并拆分 */ del_page_from_free_list(page, zone, current_order, fallback_mt); ... /* * 把该 pageblock 的迁移类型改为请求类型， * 或做其他反碎片处理 */ ... return page; } } return NULL; }

关键点

1. 按fallbacks[start_migratetype]顺序尝试：

   • i = 0：第一优先 fallback；

   • i = 1：第二优先；

   • 依次尝试。

2. 跳过隔离类型：

   • is_migrate_isolate(fallback_mt)检查，隔离区不能借。

3. 借用后可能改变迁移类型：

   • 把借来的 pageblock 标记为请求类型，反映实际用途；

   • 或做其他"反碎片"处理（如判断是否值得偷整个 pageblock）。

4. 从高阶往下找：

   • 优先用高阶块（可以拆分成多个小块，更灵活）；

   • 避免把小块的连续性破坏。

五、与前面内容的呼应

调用链：

__rmqueue() ├── __rmqueue_smallest() // 同类型 └── if (!page) __rmqueue_fallback() // 跨类型 └── for (i = 0; i < MIGRATE_PCPTYPES - 1; i++) fallback_mt = fallbacks[start_migratetype][i] ...

六、小结表

三行速查

一句话总结

fallbacks[][]定义了伙伴系统中迁移类型的降级借用优先级：当请求类型的空闲链表耗尽时，按此表依次尝试从其他类型"偷"页；它只覆盖MIGRATE_PCPTYPES三种类型（CMA/ISOLATE不参与），设计原则是优先借"可回收、影响小"的类型（如RECLAIMABLE），以尽量减少对反碎片的破坏。