Linux内核的冷热缓存

缓存为什么会有冷热？

究其原因，是因为对于内存的访问，可能是CPU发起的，也可以是DMA设备发起的。

如果是CPU发起的，在CPU的硬件缓存中，就会保存相应的页内容。如果这个页本来没有存在于硬件缓存中，那么它的到来，势必会将原本为其他的页缓存的内容挤出硬件缓存。

但是，如果对于内存的访问是由DMA设备发起的，那么该页不会被CPU访问，就不需要在CPU的硬件缓存中进行缓存，也不会对已经缓存在硬件缓存中的页内容造成伤害。

在Linux操作系统中，每个内存区域(Zone)都分配了hot cache和cold cache，hot cache用来缓存那些很可能被CPU的硬件缓存收纳了的页。

hot/cold cache只处理单页分配的情况。

/*
 * Really, prep_compound_page() should be called from __rmqueue_bulk().  But
 * we cheat by calling it from here, in the order > 0 path.  Saves a branch
 * or two.
 */
static inline
struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
            struct zone *zone, int order, gfp_t gfp_flags,
            int migratetype)
{
    unsigned long flags;
    struct page *page;
    int cold = !!(gfp_flags & __GFP_COLD);

again:
    if (likely(order == 0)) {
        struct per_cpu_pages *pcp;
        struct list_head *list;

        local_irq_save(flags);
        pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
        list = &pcp->lists[migratetype];
        if (list_empty(list)) {
            pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
                    pcp->batch, list,
                    migratetype, cold);
            if (unlikely(list_empty(list)))
                goto failed;
        }

        if (cold)
            page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
        else
            page = list_entry(list->next, struct page, lru);

        list_del(&page->lru);
        pcp->count--;
    } else {
        if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
            /*
             * __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
             *
             * All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
             * properly detect and handle allocation failures.
             *
             * We most definitely don't want callers attempting to
             * allocate greater than order-1 page units with
             * __GFP_NOFAIL.
             */
            WARN_ON_ONCE(order > 1);
        }
        spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
        page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
        spin_unlock(&zone->lock);
        if (!page)
            goto failed;
        __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(1 << order));
    }

    __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
    zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
    local_irq_restore(flags);

    VM_BUG_ON(bad_range(zone, page));
    if (prep_new_page(page, order, gfp_flags))
        goto again;
    return page;

failed:
    local_irq_restore(flags);
    return NULL;
}

buffered_rmqueue用于从冷热分配器中分配单页的缓存页。

如果gfp_flags中指定的__GFP_COLD，则从冷缓存中分配一页，否则，从热缓存中分配。