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页面周转

本文以Linux-3.11.0为例，探讨内核中页面状态及管理机制。

内核管理内存的物理页面，这些页面在运行过程中可处于五种状态。初始阶段，系统将部分页面标记为freeze状态，这些页面无法被分配或释放，用于内核映像和硬件需求等保留地址。初始化完成后，这些页面仍然保持在freeze状态。

系统分为七种流程管理页面分配和释放：初始释放、冷热队列管理、页面合并、页面迁移、单页分配、多页分配、区域管理等。每个cpu有冷热队列，用于快速获取或释放页面；每个zone有11个免费区域队列，管理不同大小的物理页面。

普通页面（如vmalloc/kmalloc）采用简单分配和释放流程，而对Lru页面，内核采取更复杂的交换机制。内核为每个node创建kswapd进程，周期性地扫描Active Anon队列，将页面移到Inactive Anon或直接解除映射。

页面映射pte表项的访问标志决定了页面的状态。若标志为0，页面可被解除映射并换出；若标志为1，页面需重新访问后才能解除映射。用户可通过mlock和mlockall固定页面，防止换出；munlock和munlockall则恢复页面可换性。

内核通过精细的页面管理机制，确保内存资源的高效利用，同时在内存紧张时优先回收活跃页面，减少系统性能损失。这种机制不仅提升了系统性能，还为用户提供了更高级别的内存管理控制。

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