[linux][memory]KSM技术分析

前言： 先来回顾一下Linux平台上的节约内存的方案： swap：通过LRU淘汰掉掉一部分page，把这些page交换到磁盘上。再次访问到这些page的时候，kernel再把它们从磁盘load进内存中。 zram：内存压缩技术。通过压缩lzo算法把页面压缩，也可以节省一部分内存。作者第一次知道zram是在Android中见到的，因为一般的手机使用的emmc flash，是有读写寿命的（作者看到过一份实验数据，某厂家的emmc在连续写入数据三天后，emmc就已经挂了），不能打开swap（因为swap会增加大量的io访问，会让emmc硬件老化更快）。在服务器领域上，作者对这个技术并不是很乐观。 COW：copy-on-write技术，既能减少不必要的运算（这里的减少指的是memory copy；当然，COW触发的时候，需要处理page fault），又能减少内存的使用。 Shared link：用户态能做到的。Linux上几乎所有的程序都需要使用glibc，那么，如果glibc的代码每个进程都拷贝一份，那么就会造成一定的浪费。动态链接技术则可以保证动态链接的程序共享同一份。 Memory balloon：当然，这个技术只针对于云计算平台。作者在《[linux][memory]balloon技术分析》中的解读。 KSM：Kernel Samepage Merging，内核动态计算，找到内核中相同的页面，把相同的页面进程合并。 本文重点解读KSM技术。 设计： 例如Host中运行了多个运行着相同操作系统的Guest OS，那么这些Guest OS中会有很多相同的page，而且很可能是相对稳定的。例如，每个Guest OS都运行着相同的glibc，ld等，而且这些库的代码段和只读数据区都会被映射成只读的page。那么，就可以把这些相同的page做merge操作，节省Host的内存。

所谓merge，就是让多个使用相同page的进程，共享同一个page，把另外的page释放掉。 代码： 代码路径：linux-4.0.4/mm/ksm.c 1，在linux-4.0.4/mm/madvise.c中，

通过MADV_MERGEABLE/MADV_UNMERGEABLE可以建议kernel做merge或者unmerge。 2，在linux-4.0.4/mm/ksm.c中，

主要创建ksm使用的slab，并启动内核线程ksmd。 3，触发ksm_madvise后，__ksm_enter/unmerge_ksm_pages。

4，__ksm_enter中会先把需要做merge的mm插入到链表中，并唤醒ksmd线程。ksmd的核心函数是ksm_do_scan。

首先通过scan_get_next_rmap_item函数获取到需要做merge的page。再通过cmp_and_merge_page函数做merge操作。 5，cmp_and_merge_page函数实现了page merge。 ksm使用的stable tree，是根据page的memcmp组织的红黑树，stable tree中放入stable page。优先判断page是不是已经在stable tree中。如果在stable tree中找到了相同的page，同一个page就不merge了，不是同一个page就在try_to_merge_with_ksm_page函数中做merge。

6，try_to_merge_with_ksm_page函数中，会继续调用try_to_merge_one_page，再调用replace_page。 即使用从stable中的kpage，替换原来的page。并尝试把原来的page释放掉。

7，cmp_and_merge_page还有另外的一个分支：处理unstable tree。

如果page的checksum频繁变化，那就算了，这样的page不适合做merge。 在unstable tree中查找，是否有相同的page。如果没有，把当前page插入unstable tree中就行； 如果在unstable tree中已经有了，那么就尝试merge，然后挪到stable tree中。 8，如果在madvise中选择MADV_UNMERGEABLE，则会触发unmerge_ksm_pages函数。进一步调用到break_ksm函数：

在这里触发handle_mm_fault即可。原理同COW一致。差别在于：COW是由于CPU写page的时候，发现pte中标记的page不可写，会产生一个exception，在处理exception的时候，判断出来是因为COW，则会分配page给进程。 而KSM则是直接选择使用handle_mm_fault来处理。 后记： 作者第一次阅读ZRAM的代码的时候，就被惊讶到一次：原来还可以这么玩～ 后来看到KSM的时候，再次被惊讶到：原来还可以这么玩～ 只能说：别懈怠，技术的路上，不知道的还很多。