Linux内核判断物理页使用方法

Linux内核中如何快速判断物理页是否在被使用

在Linux内核中，判断一个物理页（由 struct page 表示）是否正在被使用，主要通过检查其引用计数（Reference Count）来实现。以下是详细方法和关键点：

核心方法：检查引用计数

使用 page_count() 函数
Linux内核提供了辅助函数 page_count() 直接获取页面的引用计数：
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#include <linux/mm.h>

int active = page_count(page); // 返回引用计数值
- 返回值含义：
  - **> 0**：页面正在被使用（至少有一个引用）。
  - **= 0**：页面未被使用（空闲状态，可能已被释放或可被回收）。
直接访问 _refcount 成员
某些场景可能需要更精细的控制，可直接访问 struct page 的引用计数成员（不同内核版本字段名可能不同）：
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// 内核版本 >= 4.6
atomic_t refcount = page->_refcount;

// 旧版本（如 < 4.6）
atomic_t refcount = page->_count;
通过原子操作读取值：
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int count = atomic_read(&page->_refcount);

引用计数的来源

引用计数增加的情况包括：

内核直接引用：通过 get_page() 或 try_get_page() 显式增加计数。
页表映射：用户空间或内核空间映射该页（如进程的页表项指向该页）。
I/O 操作：正在进行磁盘I/O（如 struct bio 持有该页）。
缓存关联：页面在页缓存（Page Cache）或匿名页链表中。

注意事项

并发安全
引用计数通过原子操作更新，确保多线程环境下的安全性。直接访问时需使用原子函数（如 atomic_read()）。
复合页（Compound Pages）
大页（如THP）由多个子页组成，主页的引用计数代表整个复合页。使用 page_count() 已自动处理此情况。
0 计数的特殊含义
计数为 0 的页面通常处于空闲状态，但需注意：
- 可能位于伙伴系统（Buddy System）的空闲链表上。
- 某些短暂状态（如正在释放）也可能短暂出现 0。
避免直接比较计数值
推荐使用 page_count(page) > 0 而非 == 1，因为页面可能被多次引用（如共享内存）。

示例代码

// 判断页面是否正在被使用
bool is_page_active(struct page *page) {
    return page_count(page) > 0;
}

// 模块中使用示例
void check_page_usage(struct page *page) {
    if (page_count(page) > 0) {
        printk("Page %px is in use (refcount=%d).\n", page, page_count(page));
    } else {
        printk("Page %px is free.\n", page);
    }
}

其他辅助方法

页标志位检查：
通过 PageXXX() 宏检查页状态（如 PageActive()、PageLRU()），但无法直接替代引用计数。
映射状态检查：
使用 page_mapped() 检查是否被页表映射，但仅覆盖部分使用场景（如未映射的页缓存页仍可能被使用）。

总结

**快速判断物理页是否被使用的标准方法是检查 page_count(page) > 0**。该操作高效且线程安全，适用于大多数场景（如内存回收、调试等）。对于复杂需求（如精确追踪引用来源），可结合页标志位或内核工具（如 page_owner 调试功能）。