전체 흐름
메모리 관리에서는 주소 변환, 물리 페이지의 소유권, 회수 정책, 할당 지연 시간이 서로 영향을 준다. 이 층에서는 '어느 page가 지금 누구 소유인가'와 '그 소유권을 어떤 lock/refcount가 증명하는가'를 끝까지 추적해야 한다.
함수의 입력과 처리 결과를 먼저 확인한다. 구조체를 생성하고 연결하는 시점, 다른 코드에서 사용할 수 있게 하는 시점, 더 이상 사용하지 않아 회수하는 시점을 구분한다.
정상 처리와 오류 처리를 함께 확인한다. 오류 복구, 장치의 실행 중 연결·분리(hotplug), 자원 해제 과정에서도 상태가 올바르게 정리되는지 점검한다.
왼쪽부터 처리 단계를 나열했다. 각 코드 조각에서 바뀌는 상태를 해당 단계와 대조한다.
소스 코드 위치
먼저 확인할 Linux 6.18.37 LTS 소스 파일
Linux 6.18.37 LTS: mm/compaction.c
Linux 6.18.37 LTS: mm/internal.h
Linux 6.18.37 LTS: mm/migrate.c
Linux 6.18.37 LTS: include/linux/compaction.h
설명: mm/compaction.c의 호출·scanner·callback과 mm/internal.h:866–904의 compact_control 정의를 함께 확인한다. mm/migrate.c는 실제 folio 이동 구현이다.
대표 코드
이 두 함수의 실제 호출 방향은 compact_zone_order() → compact_zone()입니다. 아래 발췌는 Linux v6.18.37 원문 줄과 문자 단위로 대조했습니다.
compact_zone_order · direct compaction 호출자
static enum compact_result compact_zone_order(struct zone *zone, int order,
gfp_t gfp_mask, enum compact_priority prio,
unsigned int alloc_flags, int highest_zoneidx,
struct page **capture)
{
enum compact_result ret;
struct compact_control cc = {
.order = order,
.search_order = order,
.gfp_mask = gfp_mask,
.zone = zone,
.mode = (prio == COMPACT_PRIO_ASYNC) ?
MIGRATE_ASYNC : MIGRATE_SYNC_LIGHT,
.alloc_flags = alloc_flags,
.highest_zoneidx = highest_zoneidx,
.direct_compaction = true,
.whole_zone = (prio == MIN_COMPACT_PRIORITY),
.ignore_skip_hint = (prio == MIN_COMPACT_PRIORITY),
.ignore_block_suitable = (prio == MIN_COMPACT_PRIORITY)
};
struct capture_control capc = {
.cc = &cc,
.page = NULL,
};
/*
* Make sure the structs are really initialized before we expose the
* capture control, in case we are interrupted and the interrupt handler
* frees a page.
*/
barrier();
WRITE_ONCE(current->capture_control, &capc);
ret = compact_zone(&cc, &capc);
compact_control에 요청 order와 mode 등을 넣고, capture control을 게시한 뒤 compact_zone(&cc, &capc)를 호출합니다. 반환 뒤 capture 여부를 반영하는 코드는 2784–2800행에 이어집니다.
compact_zone · scanner와 migration 반복
trace_mm_compaction_begin(cc, start_pfn, end_pfn, sync);
/* lru_add_drain_all could be expensive with involving other CPUs */
lru_add_drain();
while ((ret = compact_finished(cc)) == COMPACT_CONTINUE) {
int err;
unsigned long iteration_start_pfn = cc->migrate_pfn;
/*
* Avoid multiple rescans of the same pageblock which can
* happen if a page cannot be isolated (dirty/writeback in
* async mode) or if the migrated pages are being allocated
* before the pageblock is cleared. The first rescan will
* capture the entire pageblock for migration. If it fails,
* it'll be marked skip and scanning will proceed as normal.
*/
cc->finish_pageblock = false;
if (pageblock_start_pfn(last_migrated_pfn) ==
pageblock_start_pfn(iteration_start_pfn)) {
cc->finish_pageblock = true;
}
rescan:
switch (isolate_migratepages(cc)) {
case ISOLATE_ABORT:
ret = COMPACT_CONTENDED;
putback_movable_pages(&cc->migratepages);
cc->nr_migratepages = 0;
goto out;
case ISOLATE_NONE:
if (update_cached) {
cc->zone->compact_cached_migrate_pfn[1] =
cc->zone->compact_cached_migrate_pfn[0];
}
/*
* We haven't isolated and migrated anything, but
* there might still be unflushed migrations from
* previous cc->order aligned block.
*/
goto check_drain;
case ISOLATE_SUCCESS:
update_cached = false;
last_migrated_pfn = max(cc->zone->zone_start_pfn,
pageblock_start_pfn(cc->migrate_pfn - 1));
}
/*
* Record the number of pages to migrate since the
* compaction_alloc/free() will update cc->nr_migratepages
* properly.
*/
nr_migratepages = cc->nr_migratepages;
err = migrate_pages(&cc->migratepages, compaction_alloc,
compaction_free, (unsigned long)cc, cc->mode,
MR_COMPACTION, &nr_succeeded);
isolate_migratepages()의 ISOLATE_SUCCESS일 때만 이 반복에서 migrate_pages()를 호출합니다. ISOLATE_NONE은 다음 검사로, ISOLATE_ABORT는 중단으로 이어지므로 격리된 후보가 항상 생기는 것은 아닙니다.
검증한 고정 원본: Linux v6.18.37 · mm/compaction.c SHA-256 F6AD573717307F14A1CC541E9181E89557B703E113A63F5BA398293A4C948AC5.
함수별 분석
직접 compaction에서는 compact_zone_order()가 요청을 compact_control로 정리하고 compact_zone()을 호출합니다. 후자는 낮은 PFN의 이동 후보와 높은 PFN의 free 대상을 찾으며, 충분한 조건을 만나면 결과를 반환합니다.
이동 후보의 격리, 실제 migration, 할당 가능한 큰 free block의 발견은 서로 다른 사건입니다. 아래 화살표는 함수 호출 방향이며, 각 단계가 반드시 성공한다는 뜻이 아닙니다.
mm/compaction.c:2749–2800의 직접 compaction 호출 경로입니다. compact_zone()의 다른 호출자는 이 경로와 별개로 봅니다.
1. compact_zone_order: 요청과 호출 경계
cc.order, cc.zone, migration mode와 direct compaction 플래그를 설정합니다. capture_control을 게시하고 compact_zone(&cc, &capc)를 호출한 뒤, 실제 page가 capture되면 결과를 COMPACT_SUCCESS로 바꿉니다.
이 함수가 folio를 직접 격리하는 것은 아닙니다. mm/compaction.c:2749–2800
2. compact_zone: scanner와 migration
cc.migrate_pfn과 cc.free_pfn의 시작 위치를 정하고 compact_finished()가 COMPACT_CONTINUE를 돌려주는 동안 반복합니다. isolate_migratepages()가 후보를 격리한 경우에만 migrate_pages()가 compaction_alloc()을 목적지 callback으로 사용합니다.
ISOLATE_NONE은 후보가 없는 반복, ISOLATE_ABORT는 중단입니다. 적합한 free block이 생겼는지는 별도로 검사합니다. mm/compaction.c:2553–2650
| 함수 | 책임 | 확인할 경계 |
|---|---|---|
| compact_zone_order | direct 요청을 compact_control로 설정하고 compact_zone 호출 | capture된 page가 있을 때 결과 보정 |
| compact_zone | 두 scanner를 초기화하고 isolate→migration 반복 | 격리 실패·migration 실패·종료 결과를 분리 |
구조체와 필드
구조체의 필드를 언제 바꿀 수 있고 다른 코드가 언제 읽을 수 있는지 확인한다. 필드의 의미와 함께 잠금 등 접근을 보호하는 규칙을 살펴본다.
각 단계에서 읽고 쓰는 필드를 구조체 정의와 대조한다.
어떤 코드가 필드를 변경하고 어떤 방식으로 접근을 보호하는지, 객체를 언제 해제하는지 원본 코드에서 확인한다.
| 필드 | 읽는 법 |
|---|---|
| compact_control | scan 위치와 mode |
| migrate scanner | 옮길 page 탐색 |
| free scanner | 받아줄 free page 탐색 |
| pageblock migratetype | 이동 가능성 단위 |
실행 단계와 상태 변화
격리 후보가 없으면 다음 검사로 넘어갑니다. migration 실패는 오류 종류와 mode에 따라 같은 pageblock의 나머지를 재탐색하거나 계속·중단할 수 있습니다. 이동이 일어나도 그것만으로 요청 order의 할당이 성공했다고 단정할 수 없습니다. mm/compaction.c:2655–2689
화살표는 검사 순서입니다. 격리·migration·큰 free block 확보는 각각 조건부이며 서로 같은 완료 상태가 아닙니다.
두 PFN scanner와 종료 결과
PFN 배치는 설명용입니다. compaction_alloc()은 격리된 free page 목록에 맞는 목적지가 없을 때 isolate_freepages()를 부릅니다. free 쪽은 먼저 free list의 빠른 탐색도 시도하므로 항상 그림처럼 한 pageblock씩만 내려오지는 않습니다.
그림 근거: mm/internal.h:866–904 (compact_control), mm/compaction.c:1677–1847 (free 격리·목적지 callback), 2511–2650 (scanner 초기화·migration). 두 파일 SHA-256: mm/compaction.c F6AD573717307F14A1CC541E9181E89557B703E113A63F5BA398293A4C948AC5, mm/internal.h 16659EAB691D9C9A05F7350BDF5B51E5945812A6DAEA63A3EFAC9D743B45AD69.
| 결과 | 코드상 조건 | 읽는 법 |
|---|---|---|
COMPACT_COMPLETE | 두 scanner가 만났고 whole_zone을 훑음 | 스캔 완료입니다. 요청 allocation 성공과 같지 않습니다. |
COMPACT_PARTIAL_SKIPPED | 두 scanner가 만났으나 전체 zone은 아님; proactive 경로에서 kswapd 동작 중일 때도 가능 | 일부 범위를 건너뛰거나 조기 종료한 결과입니다. |
COMPACT_SUCCESS | 예: 직접 요청 order에 맞는 free block 발견 또는 page capture | compaction의 성공 조건입니다. 후속 할당 결과와 구분합니다. |
COMPACT_CONTENDED | lock 경합·fatal signal 또는 격리 중단 등 | 목표 달성이 아니라 이번 시도의 중단입니다. |
COMPACT_NO_SUITABLE_PAGE → COMPACT_CONTINUE | 직접 경로에서 적합한 free block이 아직 없음 | 내부 결과를 trace한 뒤 compact_finished()가 계속 스캔하도록 바꿉니다. |
결과 근거: mm/compaction.c:2234–2354; 격리 중단·migration 오류와 capture는 2616–2696, 2793–2800.
불변 조건과 실패 사례
compaction의 핵심 객체가 외부에 공개된 뒤에는 마지막 참조가 사라질 때까지 해제 경로가 callback, timer, IRQ, worker와 경합하지 않아야 한다.
다른 CPU나 하위 계층이 변경된 필드를 읽는다면 잠금과 메모리 배리어가 접근 순서를 어떻게 보장하는지 확인한다. 참조 횟수와 RCU로 관리하는 객체 수명도 별도로 확인한다.
중간 단계에서 실패하면 이미 확보한 자원을 의존 관계에 맞춰 해제해야 한다. goto 레이블이 많다면 각 분기에 도달했을 때 확보한 자원을 표로 정리한다.
임베디드 보드를 처음 구동할 때는 패닉 대신 로그 중단, 시간 초과, 장치 초기화 지연, 과도한 인터럽트 같은 증상으로 문제가 드러날 수 있다.
compaction을 reclaim과 같은 free 작업으로 봄
unmovable page 하나가 pageblock을 막는 효과를 과소평가함
CMA/THP 요구를 일반 order-0 allocation과 섞음
계측과 검증
로그를 무작정 추가하지 말고 확인할 가설을 먼저 세운다. 상태표에서 처리가 멈춘 단계를 찾은 뒤, 상태를 바꾸는 함수와 그 결과를 사용하는 함수를 함께 살펴본다.
로그가 출력되었다고 처리가 끝난 것으로 판단하지 않는다. 원본 코드에서 로그 앞뒤의 필드 변경을 확인한다.
| 도구 | 보는 것 |
|---|---|
| trace_mm_compaction_* | compaction 실행이 어느 단계에서 멈추는지 확인 |
| cat /proc/pagetypeinfo | compaction 실행이 어느 단계에서 멈추는지 확인 |
| compact_memory sysctl | compaction 실행이 어느 단계에서 멈추는지 확인 |
| page_owner | compaction 실행이 어느 단계에서 멈추는지 확인 |
mm/compaction.o는 커널에 빌트인됩니다(mm/Makefile:51–56). 함수명 필터는 먼저 available_filter_functions에서 추적 가능한 이름을 확인하세요(ftrace.rst:2990–3003, 3044–3063).
# 예시: tracefs가 켜진 보드에서 compaction 함수명으로 좁혀 본다.
mount -t tracefs nodev /sys/kernel/tracing
echo function_graph > /sys/kernel/tracing/current_tracer
echo 'compact_zone*' > /sys/kernel/tracing/set_ftrace_filter
cat /sys/kernel/tracing/trace_pipe
추가 확인 사항
- compaction 의 state machine을 네 단계로 줄였을 때, 실제 코드에서 빠지는 intermediate state는 무엇인가?
- compaction 의 fast path가 생략한 검사는 어느 init path 또는 slow path에서 보증되는가?
- 실험으로 확인한다면 'compaction을 reclaim과 같은 free 작업으로 봄' 문제를 어떤 tracepoint와 counter로 분리할 수 있는가?
- 실험으로 확인한다면 'unmovable page 하나가 pageblock을 막는 효과를 과소평가함' 문제를 어떤 tracepoint와 counter로 분리할 수 있는가?