madvise

用户空间

核心语义对比

操作	语义	持久性	操作时机	主要目标
MADV_REMOVE	立即释放并解除文件映射	数据丢失	立即同步	释放文件页面
MADV_DONTNEED	立即释放页面	数据丢失	立即同步	强制内存释放
MADV_PAGEOUT	立即换出到交换空间	数据保留	立即同步	主动换出页面
MADV_FREE	惰性释放页面	可能丢失	延迟异步	惰性内存回收
MADV_COLD	标记为冷页面	数据保留	立即异步	调整LRU优先级

详细行为分析

MADV_REMOVE

madvise(addr, len, MADV_REMOVE);

• 专门用于文件支持的映射

• 立即释放文件支持的页面缓存

• 对于私有映射：丢弃修改（不写回文件）

• 对于共享映射：将脏页写回文件后释放

• 后续访问从文件重新读取

MADV_DONTNEED

madvise(addr, len, MADV_DONTNEED);

• 立即释放物理内存

• 清除页表项，数据立即丢失

• 后续访问映射到零页（匿名）或重新读取（文件）

MADV_PAGEOUT

madvise(addr, len, MADV_PAGEOUT);

• 立即将匿名页换出到交换空间

• 如果是脏文件页，先回写再释放

• 物理内存立即释放，但数据保留在存储设备

• 后续访问触发缺页，从交换空间换入

MADV_FREE

madvise(addr, len, MADV_FREE);

• 将页面移动到 LRU inactive 链表

• 只有在内存压力时才实际释放

• 如果页面未被修改，直接丢弃

• 如果页面被修改，保留到有内存压力时再直接释放，不回写数据到存储设备

MADV_COLD

madvise(addr, len, MADV_COLD);

• 将页面移动到 LRU inactive 链表（对于 MGLRU，如果匿名页没有swapcache，只是移动到第二代）

• 不立即释放或换出页面

• 在内存回收时优先回收这些页面，回写数据到存储设备

使用场景详细对比

操作	最佳使用场景	数据重要性
MADV_REMOVE	文件映射的临时数据，可从文件恢复，需要立即释放内存	不重要
MADV_DONTNEED	可直接丢弃的安全敏感数据，需要立即释放内存	不重要
MADV_PAGEOUT	不常访问，需要保留数据，需要立即释放内存	重要
MADV_FREE	可直接丢弃的缓存数据，不需要立即释放内存	不重要
MADV_COLD	不常访问，需要保留数据，不需要立即释放内存	重要

内核空间

调用 madivise(MADV_PAGEOUT) 的流程

SYSCALL_DEFINE3(madvise
    do_madvise()
        madvise_vma_behavior()
            madvise_pageout()  ## MADV_PAGEOUT
            |    madvise_pageout_page_range()
            |        madvise_cold_or_pageout_pte_range()

在 madvise_cold_or_pageout_pte_range() 根据不同的场景走不同分支，下面分为三个 场景进行分析，如下：

1. 普通的 4KB swapout 到 swapfile

2. THP 的 2MB swapout 到 swapfile

3. small_size THP 的 64KB swapout 到 swapfile

将普通的 4KB swapout 到 swapfile 的流程

madvise_cold_or_pageout_pte_range()
    vm_normal_folio()
    reclaim_pages()
        reclaim_folio_list()
            shrink_folio_list()
            |    lru_to_folio()
            |    add_to_swap()
            |    pageout()
            |        mapping->a_ops->writepage() ## swapfile, swap_writepage()

调用 add_to_swap() 申请 swap space 并且将 folio 与此 swap space 绑定在一起， 再调用 pageout() 将 folio 回写到刚刚申请的 swap space 对应的 swapfile 位置。

将 THP 的 2MB swapout 到 swapfile 的流程

madvise_cold_or_pageout_pte_range()
    pmd_trans_huge()
    pfn_folio(pmd_pfn())
    reclaim_pages()
        reclaim_folio_list()
            shrink_folio_list()
            |    lru_to_folio()
            |                   N
            |    add_to_swap() ---> split_folio_to_list()  ## 2MB to (512 * 4KB)
            |         |                   |
            |         | Y                 v
            |         |             add_to_swap()
            |         v                   |
            |    pageout() <--------------+
            |        mapping->a_ops->writepage() ## swapfile, swap_writepage()

第一次调用 add_to_swap() 申请 swap space，失败，调用 split_folio_to_list() 将 2MB 划分为 512 个 4KB 页。

因为现在都是 4KB 大小的页，所以跑普通的 4KB swapout 到 swapfile 的流程。

（同上）调用 add_to_swap() 申请 swap space 并且将 folio 与此 swap space 绑定在一起， 再调用 pageout() 将 folio 回写到刚刚申请的 swap space 对应的 swapfile 位置。

将 small_sized THP 的 64KB swapout 到 swapfile 的流程