6.1. Управление физической памятью--vm_page_t

Физическая память управляется на уровне отдельных страниц посредством структур vm_page_t. Страницы физической памяти разделены на категории через помещение соответствующих им структур vm_page_t в одну из нескольких очередей страниц.

Страница может находиться в связанном, активном, неактивном, кэшированном или свободном состоянии. Кроме случая связанного состояния, страница обычно помещается в двойной связный список очереди, соответствующей состоянию страницы. Закрепленные страницы не помещаются ни в какую очередь.

Для реализации алгоритма подгонки страниц во FreeBSD в основном применяется очередь для кэшированных и свободных страниц. Каждое из этих состояний затрагивает несколько очередей, которые строятся согласно размерам кэшей L1 и L2 процессора. Когда требуется выделение новой страницы, FreeBSD пытается получить ту, что расположена в достаточной мере рядом с точки зрения кэшей L1 и L2 относительно объекта VM, для которого выделяется страница.

Кроме того, страница может удерживаться счетчиком ссылок или может быть заблокирована счетчиком занятости. Система VM также реализует состояние ''безусловной блокировки'' для страницы установкой бита PG_BUSY в поле флагов страницы.

Говоря общими словами, каждая из очередей страниц работает по принципу LRU. Первоначально страница обычно приводится в связанное или активное состояние. Если она связана, то страница обычно указана где-то в таблице страниц. Система VM отслеживает устаревание страницы, сканируя страницы в более активной очереди страниц (LRU) для того, чтобы переместить их в менее активную очередь страниц. Страницы, которые перемещены в кэш, остаются связанными с объектом VM, но являются кандидатами на немедленное повторное использование. Страницы в очереди свободных страниц действительно являются свободными. FreeBSD пытается минимизировать количество страниц в очереди свободных страниц, однако для обеспечения выделения страниц во время обработки прерываний должно поддерживаться некоторое минимальное количество действительно свободных страниц.

Если процесс пытается обратиться к странице, которой не существует в его таблице страниц, но она имеется в одной из очередей страниц (например, в очереди неактивных страниц или очереди кэша), возникает сравнительно легко обрабатываемая ошибка отсутствия страницы, что приводит к повторной активации страницы. Если страницы вообще нет в системной памяти, то процесс должен быть блокирован, пока страница не будет взята с диска.

FreeBSD динамически изменяет свои очереди страниц, и пытается поддерживать разумное соотношение страниц в различных очередях, а также пытается поддерживать разумную схему работы с чистыми и грязными страницами. Количество случающихся перемещений зависит от нагрузки на память системы. Это перемещение выполняется даемоном выгрузки страниц и затрагивает стирание грязных страниц (синхронизируя их с хранилищем), пометку страниц при активной работе с ними (обновляя их расположение в очередях LRU или перемещая их между очередями), постепенное перемещение страниц между очередями при нарушении баланса между очередями, и так далее. VM-система FreeBSD старается обработать достаточное количество ошибок доступа к странице для реактивации, чтобы определить реальную активность или простой страницы. Это приводит к повышению качества решений, принимаемых при стирании или выгрузке страницы в раздел подкачки.