如何通过struct page判断物理内存页面是否处于pinned状态

1. 物理页面pinned状态判断方法 #

pinned状态的核心特征是页面不可被交换到swap分区、不可被内存迁移机制移动，你可以通过两个内核层面的标识判断该状态：

• struct page结构体的_refcnt引用计数字段：通过get_user_pages()系列接口钉住的用户态页面，内核会对该字段执行+1操作，只要_refcnt数值大于1，就代表有内核态逻辑持有该页面的有效引用，内存回收、迁移流程都会跳过该页面。
• 页面标志位：如果PageLocked()宏判断返回真，或是页面设置了PG_pinned、PG_mlocked专属标志，也可判定页面处于pinned状态。

2. 其他需要钉住页面的场景 #

除了用户态内存用于DMA传输的场景外，内核态分配的内存如果要用于DMA操作，也需要做pinned处理，不同分配接口的处理逻辑有差异：

kmalloc分配的内存 #

kmalloc分配的是物理地址连续的低端内存，本身默认不会被交换到swap分区。如果要用于DMA操作，调用dma_map_single()做地址映射时，内核会自动完成pinned逻辑，不需要额外手动调用引用计数增加接口。注意DMA操作结束后必须调用dma_unmap_single()解除映射，否则页面会一直被钉住，造成内存泄漏。

vmalloc分配的内存 #

vmalloc分配的是虚拟地址连续、物理地址不连续的高端内存，默认支持内存回收逻辑。如果要用于DMA操作，需要先遍历vmalloc虚拟地址范围对应的每一个物理页，手动调用get_page()接口增加每个物理页的引用计数完成钉住，再做DMA映射。操作完成后要依次调用put_page()释放每个物理页的引用，避免内存泄漏。

除此之外还有几类常见的页面pinned场景：

• 进程调用mlock()/mlockall()系统调用锁定的用户态内存页，会被设置PG_mlocked标志，长期处于pinned状态，不会被换出。
• 内核slab分配器中标记为不可回收的slab页、内核栈页、内核代码段/数据段对应的物理页，默认就处于pinned状态。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Dillion Wang