페이지 캐시: 메모리 한 묶음이 파일의 일부가 되려면

이 코드는 어떤 문제를 푸나요?

페이지 캐시는 파일의 내용을 메모리에 보관해 다시 읽을 때 저장장치 접근을 줄입니다. 하지만 folio를 할당한 것만으로 어느 파일의 어느 위치인지 정해지지는 않습니다. filemap_add_folio는 메모리 사용량을 계산하고 파일의 인덱스에 folio를 연결하며 회수 관리에 등록합니다. 실제 내용을 읽어 채우는 단계와 캐시에 자리를 잡는 단계는 구분해야 합니다.

읽을 범위: v6.18.37 · mm/filemap.c · filemap_add_folio 962–1002행입니다. 아래에 이 범위의 원문과 각 줄의 설명을 실었습니다. 주제 전체의 흐름과 다른 경로는 기존 분석에서 함께 읽으실 수 있습니다.

먼저 알아둘 개념

address_space

한 파일의 캐시된 데이터를 인덱스로 관리하는 객체입니다. 이름에 address가 있어도 여기서는 프로세스의 전체 가상 주소 공간을 뜻하지 않습니다.

folio

한 개 이상의 물리 페이지를 함께 관리하는 메모리 단위입니다. 항상 정확히 한 페이지라고 가정하면 큰 folio를 잘못 이해하게 됩니다.

인덱스

파일의 어느 위치에 대응하는지 나타내는 페이지 단위 값입니다. 사용자 가상주소나 디스크의 LBA와 같지 않습니다.

shadow와 workingset

최근 캐시에서 쫓겨난 자리의 흔적을 남겨 다시 들어온 데이터가 자주 쓰이는지 판단합니다. 실제 파일 데이터의 백업 사본은 아닙니다.

처음 읽을 때

예를 들어 기본 페이지가 4KiB인 환경에서 인덱스 2는 파일의 8KiB 위치를 가리킵니다. 이는 설명용 환경이며 페이지 크기와 folio 크기는 구성에 따라 다릅니다. 캐시에 등록한 뒤 데이터 유효성은 별도 상태로 확인합니다.

더 깊이 살펴볼 때

memcg 비용 계산, folio 잠금, 인덱스 삽입, LRU 등록의 순서를 보십시오. 삽입 실패 때 비용과 잠금 상태를 되돌리는 이유와 __GFP_WRITE일 때 refault 처리가 달라지는 이유도 확인하십시오.

그림으로 보는 변화

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1단계 고정

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1. 메모리 비용을 반영합니다

folio를 어떤 메모리 cgroup에 계산할지 정하고 사용량을 청구합니다.

화살표는 데이터 이동이 아니라 메모리 사용량 귀속입니다.

2. 파일 위치에 연결합니다

folio를 잠근 상태로 mapping의 해당 인덱스에 삽입합니다. 실패하면 앞 단계를 정리합니다.

화살표는 파일 인덱스에서 folio로 연결되는 참조입니다.

3. 회수 관리에 등록합니다

최근 재접근 여부를 반영하고 LRU 관리에 넣습니다.

화살표는 캐시 객체가 회수 정책의 관리 대상이 되는 순서입니다.

filemap_add_folio를 한 줄씩 읽기

줄 번호는 v6.18.37 원문 기준입니다. 주석·빈 줄을 포함한 함수 전체를 먼저 보고, 그 아래에서 각 줄을 설명합니다.

int filemap_add_folio(struct address_space *mapping, struct folio *folio,
				pgoff_t index, gfp_t gfp)
{
	void *shadow = NULL;
	int ret;
	struct mem_cgroup *tmp;
	bool kernel_file = test_bit(AS_KERNEL_FILE, &mapping->flags);

	if (kernel_file)
		tmp = set_active_memcg(root_mem_cgroup);
	ret = mem_cgroup_charge(folio, NULL, gfp);
	if (kernel_file)
		set_active_memcg(tmp);
	if (ret)
		return ret;

	__folio_set_locked(folio);
	ret = __filemap_add_folio(mapping, folio, index, gfp, &shadow);
	if (unlikely(ret)) {
		mem_cgroup_uncharge(folio);
		__folio_clear_locked(folio);
	} else {
		/*
		 * The folio might have been evicted from cache only
		 * recently, in which case it should be activated like
		 * any other repeatedly accessed folio.
		 * The exception is folios getting rewritten; evicting other
		 * data from the working set, only to cache data that will
		 * get overwritten with something else, is a waste of memory.
		 */
		WARN_ON_ONCE(folio_test_active(folio));
		if (!(gfp & __GFP_WRITE) && shadow)
			workingset_refault(folio, shadow);
		folio_add_lru(folio);
		if (kernel_file)
			mod_node_page_state(folio_pgdat(folio),
					    NR_KERNEL_FILE_PAGES,
					    folio_nr_pages(folio));
	}
	return ret;
}

int filemap_add_folio(struct address_space *mapping, struct folio *folio,

				pgoff_t index, gfp_t gfp)

	void *shadow = NULL;

	int ret;

	struct mem_cgroup *tmp;

	bool kernel_file = test_bit(AS_KERNEL_FILE, &mapping->flags);

	if (kernel_file)

		tmp = set_active_memcg(root_mem_cgroup);

	ret = mem_cgroup_charge(folio, NULL, gfp);

	if (kernel_file)

		set_active_memcg(tmp);

	if (ret)

		return ret;

	__folio_set_locked(folio);

	ret = __filemap_add_folio(mapping, folio, index, gfp, &shadow);

	if (unlikely(ret)) {

		mem_cgroup_uncharge(folio);

		__folio_clear_locked(folio);

	} else {

		WARN_ON_ONCE(folio_test_active(folio));

		if (!(gfp & __GFP_WRITE) && shadow)

			workingset_refault(folio, shadow);

		folio_add_lru(folio);

		if (kernel_file)

			mod_node_page_state(folio_pgdat(folio),

					    NR_KERNEL_FILE_PAGES,

					    folio_nr_pages(folio));

	return ret;

함께 생각해 볼 질문

출처와 읽은 범위

Linux stable v6.18.37 · mm/filemap.c

해당 버전 원본 파일 · 기존 코드 분석 · 설명 원고