在page cache中的页，如果当时没有进程read或者write，引用计数到底该为多少
在一次偶然的机会，在研究如何降低pagecache占用的过程中，走查了 invalidate_mapping_pages的代码：
通过调用 __pagevec_lookup 在radix树中收集一部分page，然后尝试调用 invalidate_inode_page 来释放这个page。
我主要看__pagevec_lookup 对引用计数的修改：
__pagevec_lookup -- >__find_get_pages -->page_cache_get_speculative
static inline int page_cache_get_speculative(struct page *page) {/*³¢ÊÔÔö¼ÓÒýÓüÆÊý£¬Èç¹ûpage²»ÎªfreeµÄ»°*/ VM_BUG_ON(in_interrupt()); #ifdef CONFIG_TINY_RCU # ifdef CONFIG_PREEMPT_COUNT VM_BUG_ON(!in_atomic()); # endif /* * Preempt must be disabled here - we rely on rcu_read_lock doing * this for us. * * Pagecache won't be truncated from interrupt context, so if we have * found a page in the radix tree here, we have pinned its refcount by * disabling preempt, and hence no need for the "speculative get" that * SMP requires. */ VM_BUG_ON_PAGE(page_count(page) == 0, page); page_ref_inc(page); #else if (unlikely(!get_page_unless_zero(page))) {-------------走这个分支 /* * Either the page has been freed, or will be freed. * In either case, retry here and the caller should * do the right thing (see comments above). */ return 0; } #endif VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page); return 1; }
static inline int get_page_unless_zero(struct page *page)
{
return page_ref_add_unless(page, 1, 0);
}
static inline int page_ref_add_unless(struct page *page, int nr, int u)
{
return atomic_add_unless(&page->_count, nr, u);
}
/** * atomic_add_unless - add unless the number is already a given value * @v: pointer of type atomic_t * @a: the amount to add to v... * @u: ...unless v is equal to u. * * Atomically adds @a to @v, so long as @v was not already @u. * Returns non-zero if @v was not @u, and zero otherwise. */ static inline int atomic_add_unless(atomic_t *v, int a, int u) { return __atomic_add_unless(v, a, u) != u; }
最后一个函数注释很明白，除非 page->_count 的计数为1，否则不增加引用计数，也就是说，当原值 page->_count 为1的时候，增加到2，然后返回。
然后看释放过程：
if (!trylock_page(page)) continue; WARN_ON(page->index != index); ret = invalidate_inode_page(page); unlock_page(page);
主要的调用链为:
invalidate_inode_page--> invalidate_complete_page --> remove_mapping --> __remove_mapping
/* * Same as remove_mapping, but if the page is removed from the mapping, it * gets returned with a refcount of 0. */ static int __remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page, bool reclaimed) { BUG_ON(!PageLocked(page)); BUG_ON(mapping != page_mapping(page)); spin_lock_irq(&mapping->tree_lock); /* * The non racy check for a busy page. * * Must be careful with the order of the tests. When someone has * a ref to the page, it may be possible that they dirty it then * drop the reference. So if PageDirty is tested before page_count * here, then the following race may occur: * * get_user_pages(&page); * [user mapping goes away] * write_to(page); * !PageDirty(page) [good] * SetPageDirty(page); * put_page(page); * !page_count(page) [good, discard it] * * [oops, our write_to data is lost] * * Reversing the order of the tests ensures such a situation cannot * escape unnoticed. The smp_rmb is needed to ensure the page->flags * load is not satisfied before that of page->_count. * * Note that if SetPageDirty is always performed via set_page_dirty, * and thus under tree_lock, then this ordering is not required. */ if (!page_ref_freeze(page, 2)) goto cannot_free; /* note: atomic_cmpxchg in page_freeze_refs provides the smp_rmb */ if (unlikely(PageDirty(page))) { page_ref_unfreeze(page, 2); goto cannot_free; } if (PageSwapCache(page)) { swp_entry_t swap = { .val = page_private(page) }; __delete_from_swap_cache(page); spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock); swapcache_free(swap, page); } else { void (*freepage)(struct page *); void *shadow = NULL; freepage = mapping->a_ops->freepage; /* * Remember a shadow entry for reclaimed file cache in * order to detect refaults, thus thrashing, later on. * * But don't store shadows in an address space that is * already exiting. This is not just an optizimation, * inode reclaim needs to empty out the radix tree or * the nodes are lost. Don't plant shadows behind its * back. * * We also don't store shadows for DAX mappings because the * only page cache pages found in these are zero pages * covering holes, and because we don't want to mix DAX * exceptional entries and shadow exceptional entries in the * same page_tree. */ if (reclaimed && page_is_file_cache(page) && !mapping_exiting(mapping) && !dax_mapping(mapping)) shadow = workingset_eviction(mapping, page); __delete_from_page_cache(page, shadow); spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock); mem_cgroup_uncharge_cache_page(page); if (freepage != NULL) freepage(page); } return 1; cannot_free: spin_unlock_irq(&mapping->tree_lock); return 0; }
看第一行的注释，我们可以知道，remove_mapping 是__remove_mapping的包裹函数， __remove_mapping函数如果将页面从page cache中移除成功，则会将page的引用计数 返回0.
我们关注最关键的一段：
if (!page_ref_freeze(page, 2)) goto cannot_free; static inline int page_ref_freeze(struct page *page, int count) { return likely(atomic_cmpxchg(&page->_count, count, 0) == count); }
atomic_cmpxchg函数实现了一个比较+交换的原子操作(原子就是说cpu要不就不
做，要做就一定要做完，不会存在中间状态,对应这里就是比较和交换要一次过做完).
关于atomic 和比较交换的一些函数，网上资料较多，在此不赘述，总体的意思就是，当page的count为2，则交换为0，并且返回旧值2，
也就是 page->_count 为2的话，则可以释放，否则 会走 cannot_free 的分支。因为之前 __pagevec_lookup 执行后，page->_count肯定为2，所以能最终free。
回到 包裹函数 remove_mapping
/* * Attempt to detach a locked page from its ->mapping. If it is dirty or if * someone else has a ref on the page, abort and return 0. If it was * successfully detached, return 1. Assumes the caller has a single ref on * this page. */ int remove_mapping(struct address_space *mapping, struct page *page) { if (__remove_mapping(mapping, page, false)) { /* * Unfreezing the refcount with 1 rather than 2 effectively * drops the pagecache ref for us without requiring another * atomic operation. */ page_ref_unfreeze(page, 1); return 1; } return 0; }
因为在lookup阶段，将原有的因为计数page->_count为1的，增加到2，然后通过一个交换判断，如果是2的，则交换为0，然后最终调用 page_ref_unfreeze 将引用计数设置为1，
释放成功。有兴趣的同学可以继续一下，因为在pagecache中的页，默认是加入到lru的，为了防止频繁地加入到lru，又设计了一个pagevec数组，当数组满了或者主动调用drain函数来将
数组中缓存的page 刷入到lru链表中，为了区分这两种状态，加入到lru的pagevec数组的page，计数要加1，当真正加入到lru中的时候，计数又减1，恢复到之前的计数值。所以lru并不占用计数。
我们知道，页面从freelist中分配出来的时候，引用计数是需要加1的。
get_page_from_freelist->buffered_rmqueue->prep_new_page->set_page_refcounted，由此函数完成+1.
写本文的原因是，我原来以为的加入到lru，加入到radix树，都需要增加引用计数的，在加入radix树，确实是加1了，但一般出来之后就会-1，所以在radix树的时候，计数增加只是临时行为，lru也是如此，因为加入到lru，我只看到了加入到lru的pagevec数组，这个时候确实是+1了，但是
当真正加入到lru链表的时候，又减了1，也就是page真正加入到lru链表，会保持计数不变，当然PG_Lru肯定是要置位的。
同理，我在看函数 add_to_page_cache_lru 的时候，确实对加入的page 增加了引用计数，所以一直认为pagecache中的页的引用计数至少是2， 调用 __pagevec_lookup 后应该为3，
当我看到 如下代码之后，就死活不理解。
if (!page_ref_freeze(page, 2))
goto cannot_free;
然后回过头再去看单凡是调用add_to_page_cache_lru 之后，都会调用put_page，不管成功失败，如果成功，相当于加入pagecache成功，对应的put_page就是减去对加入的时候的page的引用计数，那么此时计数为1，如果加入失败，那么对应的put_page就是释放内存，因为此时计数为0.
回到文章的开头，如果一个页面，没人访问，在pagecache中，当然也在lru链表中的时候，引用计数为1，而这个1，还是从freelist中摘除的时候来增加的。也有可能为2，此时说明没有在lru中，只在pagevec中，
如果一个页面，没人访问，在pagecache中，但是处于lru的lruvec中，此时的引用计数应该为2，所以才会有在调用fadvise64_64 的时候，
case POSIX_FADV_DONTNEED: if (!bdi_write_congested(mapping->backing_dev_info)) __filemap_fdatawrite_range(mapping, offset, endbyte, WB_SYNC_NONE); /* First and last FULL page! */ start_index = (offset+(PAGE_CACHE_SIZE-1)) >> PAGE_CACHE_SHIFT; end_index = (endbyte >> PAGE_CACHE_SHIFT); if (end_index >= start_index) { unsigned long count = invalidate_mapping_pages(mapping, start_index, end_index); /* * If fewer pages were invalidated than expected then * it is possible that some of the pages were on * a per-cpu pagevec for a remote CPU. Drain all * pagevecs and try again. */ if (count < (end_index - start_index + 1)) { lru_add_drain_all(); invalidate_mapping_pages(mapping, start_index, end_index); } } break;
当发现释放的页面小于请求的页面数，会调用 lru_add_drain_all ，如果不调用这个，则有可能因为处于lru的pagevec的页无法释放，其实有大概率是能够释放的。
当时的stap记录如下：
调用 page_cache_get_speculative 之前的计数，为1，此时就是出于pagecache中的页的原本计数，（排除其他正在使用的页）
enter 1147=page=0xffffea000e955080,flags=0x6fffff00020068,mapcount=-1,_count=1===
0xffffffff81183381 : __find_get_pages+0x81/0x170 [kernel]
0xffffffff8118ff2e : __pagevec_lookup+0x1e/0x30 [kernel]
0xffffffff81191243 : invalidate_mapping_pages+0x93/0x1f0 [kernel]
0xffffffff811850b4 : SyS_fadvise64_64+0x1a4/0x290 [kernel]
0xffffffff811851ae : SyS_fadvise64+0xe/0x10 [kernel]
0xffffffff81698b09 : system_call_fastpath+0x16/0x1b [kernel]
调用 page_cache_get_speculative之后的计数，为2，
enter 1163=page=0xffffea000e955080,flags=0x6fffff00020068,mapcount=-1,_count=2===
0xffffffff811833b5 : __find_get_pages+0xb5/0x170 [kernel]
0xffffffff8118ff2e : __pagevec_lookup+0x1e/0x30 [kernel]
0xffffffff81191243 : invalidate_mapping_pages+0x93/0x1f0 [kernel]
0xffffffff811850b4 : SyS_fadvise64_64+0x1a4/0x290 [kernel]
0xffffffff811851ae : SyS_fadvise64+0xe/0x10 [kernel]
0xffffffff81698b09 : system_call_fastpath+0x16/0x1b [kernel]
有一个同事问到，在__generic_file_splice_read 函数中，有一个while循环
while (spd.nr_pages < nr_pages) {
/*
* Page could be there, find_get_pages_contig() breaks on
* the first hole.
*/
page = find_get_page(mapping, index);//找具体的page，之前连续的时候没找到的
if (!page) {//经过预读仍然没找到
/*
* page didn't exist, allocate one.
*/
page = page_cache_alloc_cold(mapping);//分配页面
if (!page)
break;
//加入到radix树，主要有修改page的mapping等
error = add_to_page_cache_lru(page, mapping, index,
GFP_KERNEL);
if (unlikely(error)) {
page_cache_release(page);
if (error == -EEXIST)
continue;
break;
}
/*
* add_to_page_cache() locks the page, unlock it
* to avoid convoluting the logic below even more.
*/
unlock_page(page);
}
spd.pages[spd.nr_pages++] = page;//将找到的或者分配的页面加入到spd
index++;
}
经过page_cache_alloc_cold 再加入到 add_to_page_cache_lru 的页面，并没有-1啊，岂不是跟之前的描述矛盾，这个地方没有减1，其实是因为这个计数本就应该为2，因为这个page加入到了spd中，计数必须增加，既然-1又需要加1，干脆就不动，前面通过 find_get_pages_contig 加入到spd中的页，此时计数应该也是2,（排查并发操作的情况，否则就是>2）.
经过 find_get_pages_contig 加入到spd，或者通过 spd.pages[spd.nr_pages++] = page;//将找到的或者分配的页面加入到spd
保证了此时在spd中的page的计数都至少为2.这个在spd进行release的时候，统一进行-1，计数又恢复了。
所以说，pagecache中的且位于lru链表的page，在没有读写，也没有kswap正在对该page进行老化的情况下，引用计数就是1。
