2026-06-11 内核社区日报

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今日亮点：per-VMA locks 走向无条件启用，KSM rmap 性能优化带来近百倍加速，arm64 开始引入 ROX cache 执行内存分配器。

🧠 重点 · 内存

1. per-VMA locks 取消编译开关，全面启用

发生了什么：
Dave Hansen 提交 v2 系列（5 补丁），使 per-VMA lock 机制从 CONFIG_PER_VMA_LOCK 编译选项变为无条件可用。该机制自 2022 年引入，用于在 mmap lock 之外提供更细粒度的 VMA 并发保护，但此前需要架构支持且依赖显式配置。v2 系列做了三件事：

  • 移除 CONFIG_PER_VMA_LOCK，所有架构默认启用。当前所有主流架构（x86、arm64、riscv、s390 等）均已实现必要的 pte_offset_map_lock 等原语，条件已经成熟。
  • 让 binder 的 shrinker（内存回收回调）完全依赖 per-VMA lock，不再回退到 mmap read lock——binder 是 Android 的核心 IPC 机制，其 shrinker 路径之前会因持锁问题导致性能损失或死锁风险。
  • 增加 RCU-based 的 VMA lookup 路径：当 lock_vma_under_rcu() 返回 NULL 时，先尝试验证 RCU 指针，若验证失败可立即退出而无需取 mmap lock，降低慢路径代价。

为什么重要：
per-VMA lock 从“可选优化”变成“默认行为”，直接受益者是高频遍历 VMA 的场景，如 /proc/pid/smaps_rollup（lmkd 高频率读取该文件进行内存压力判断）、page reclaim 时遍历进程 VMA、以及 madvise/mbind 等系统调用。取消编译开关意味着所有 arm64 手机（Android GKI 已经包含该机制）将无条件获得更低的 mmap lock 竞争，减少 lmkd 被其他线程持有 mmap write lock 时的阻塞。binder shrinker 的改进则直接减少 Android 服务进程被杀时的锁冲突。

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2. KSM 反向映射性能优化 v9：rmap_walk_ksm 加速百倍

发生了什么：
xu xin 提交 v9 系列（3 补丁），解决 KSM（Kernel Same-page Merging）在内存紧张时反向映射遍历（rmap_walk_ksm）性能灾难。问题本质：KSM 合并后，一个物理 page 对应多个 VMA 中的地址，遍历其所有映射（反向映射）需要遍历所有 ksm_rmap_item。当单 page 被大量进程共享时（例如数据库 buffer cache），rmap walk 可能遍历数万个 item，而每个 item 需要调用 linear_page_index() 重新计算页在内存的虚拟地址索引。

优化方法：

  • （1）在 ksm_rmap_item 中缓存 linear_page_index() 的结果，避免每次 rmap walk 重复计算。计算该索引需要 mapping -> host -> i_mmap 树的查找，开销很大。
  • （2）利用缓存的索引直接进行 radix tree 搜索，替代原本的逐 item 遍历，复杂度从 O(N) 降为 O(log N)，N 为共享该 page 的 VMA 数量。

性能数据（来自 v9 commit 描述）：当单个 KSM page 被 100 个进程共享时，rmap walk 耗时从 ~10 秒降至 ~0.1 秒（即 100 倍加速），且随共享进程数增多，改善接近线性。在虚拟机场景（如 KVM 使用 KSM），大内存密度合并时该优化能显著减少内存压力导致的 CPU 飙升。

为什么重要：
KSM 在内存超分（overcommit）和虚拟化场景仍然有广泛应用，但之前的 rmap 性能瓶颈会导致系统接近 OOM 时陷入长时间的 rmap walk 循环，表现为整机卡顿。该优化意味着即使用户层合并了数万个 VMA，rmap walk 仍能快速完成，降低系统锁死风险。

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3. arm64: 引入 ROX cache execmem 分配器

发生了什么：
Adrian Barnaś 提交 RFC v1 系列（6 补丁），为 arm64 系统添加 ROX cache 执行内存分配器。背景：arm64 上 module_alloc() 和 ftrace_alloc() 的动态分配内存需要后续 set_memory_ro() / set_memory_x() / set_memory_rw() 等权限调整，而每次调整都需要 TLB flush，频繁运行时开销大。ROX cache 将一小块区域预先分配为只读可执行（ROX），然后由 execmem 分配器从中划拨，不需要额外页表权限修改。

具体改动：

  • (1) 显式声明 module 和 ftrace 的 execmem 区域类型（EXECMEM_DEFAULT 不再是回退）。
  • (2) 允许在调整 execmem cache（如清理时）使用 huge vmap（2M/1G），减少 TLB 压力。
  • (3) 修复线性映射恢复权限时的错误：执行 execmem cache 清理后需要恢复线性映射的读属性，但之前的实现错误地移除了 PAGE_KERNEL 中的读权限，导致后续访问出错。

为什么重要：
arm64 模块加载、BPF JIT、ftrace 等场景都会频繁分配小块可执行内存。ROX cache 直接消除权限调整的 TLB 开销，尤其对**端侧 AI 推理（频繁 JIT 编译 BPF 或加载内核模块）**有明显收益。对于 Android GKI，如果后续回推，可以减少系统更新后的内核模块加载延迟。当前是 RFC，但设计方向已被社区关注。

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4. 减少匿名 folio 重用路径中的 lru_add_drain 冗余调用

发生了什么：
Barry Song（Xiaomi）提交 3 补丁 RFC 系列，核心发现：在 do_swap_page() 和 wp_page_reuse() 中，存在大量不必要的 lru_add_drain() 调用。lru_add_drain() 原本用于将临时缓存的 folio 排入 LRU 链表，但在以下路径中实际不需要：

  • wp_can_reuse_anon_folio()：该函数判断写时复制（COW）后能否重用原 folio，之前无条件调用 lru_add_drain() 以确保之后判断 folio refcount 时不会被临时缓存影响。但分析表明，refcount==1 的判断对于刚分配的匿名 folio 是正确的，drain 并非必要。
  • do_swap_page() 中的冗余 drain：对于同步 I/O 的 swap 设备（如 zram），swapin 完成后 folio 已经稳定，再 drain 是浪费。在测试程序中，do_swap_page() 100% 的时间都做了 drain，但实际 <1% 时 drain 有意义（异步 I/O 场景）。

为什么重要：
lru_add_drain() 内部要持有 per-CPU lru batch lock 并遍历所有 CPU，在大规模并发页错误时是明显的锁热点。减少冗余调用可以降低 do_swap_page() 延迟，在 zram 场景（Android 标配）下每次 page fault 都有一个 drain 被消除，可能带来百分之十几的微基准改善。需要注意的是，该系列仍为 RFC，因为完全移除 drain 可能影响 refcount==1 的准确性（其他 CPU 可能正在向 batch 中添加同一 folio），review 中还需要确认 safety。

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5. mm/slab: 引入 alloc_flags 和 slab_alloc_context 重构

发生了什么：
Vlastimil Babka 提交 v2 系列（16 补丁），为 slab 分配器（重点在 SLUB）引入 alloc_flags 和 slab_alloc_context 两个核心数据结构，目标是统一目前分散在多个参数（gfp flags, orig_size, node, addr, caller 等）中的分配控制信息。

  • alloc_flags 是 slab 内部的位掩码，类似 page allocator 的 ALLOC_* flags，用于控制诸如“是否尝试从 partial list 慢路径”等行为。新引入 SLAB_ALLOC_TRYLOCK 等 flag。
  • slab_alloc_context 是一个完整上下文结构，打包当前调用路径的状态，避免函数参数爆炸。
  • 基于此重构，系列还做了以下具体工作：
    • 优化 kfence 对象初始化：当需要 zeroing 时，不再对 kfence 对象进行初始化（kfence 有自己独立的初始化 path），避免不必要的 memset。
    • 将 alloc_flags 传递给 slab 新页分配函数（allocate_slab()），使慢路径能更好地控制 GFP 行为。
    • 为后续“local slab sheave（滑动批分配器）”等性能优化铺路（该方向已在 06-10 日报道）。

为什么重要：
slab 是内核最核心的内存分配器之一，任何内部路径优化都有全局影响。alloc_flags 与 alloc_context 的重构是 SLUB 代码现代化的重要一步，使后续引入复杂决策（如 NUMA-aware caching、dead folio 检测等）更加干净，同时减少分支开销。该系列的 v2 已收到 review 反馈，有望合入 mm-unstable。

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6. mm/shrinker: 修复 debugfs count 在 RCU 临界区内睡眠的 bug

发生了什么：
Shakeel Butt 提交单补丁，修复 shrinker_debugfs_count_show() 在 RCU 读锁内调用 ->count_objects() 回调时可能睡眠的问题。内核报告如下调用链：

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BUG: sleeping function called from invalid context at kernel/cgroup/rstat.c:421
RCU nest depth: 1, expected: 0
 css_rstat_flush
 mem_cgroup_flush_stats
 zswap_shrinker_count
 shrinker_debugfs_count_show

zswap 回调通过 css_rstat_flush() 刷新 memcg 统计，该函数可能睡眠，因此不应在 RCU 读锁下执行。补丁直接移除 rcu_read_lock()/rcu_read_unlock()，因为 mem_cgroup_iter() 内部已处理 RCU，且 shrinker 的生命周期由打开的 debugfs 文件保证（shrinker_free() 通过 debugfs_remove_recursive() 等待所有读者耗尽后才释放）。同一文件的 “scan” 处理程序已无 RCU 保护下调用 ->scan_objects()。

为什么重要：
该 bug 在启用 shrinker debugfs 接口（CONFIG_SHRINKER_DEBUG）时会触发内核警告，修复后 debugfs “count” 文件可在不违反 RCU 规则的前提下安全读取。

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7. mm: 清理 clear_not_present_full_ptes() 并统一命名

发生了什么：
David Hildenbrand 提交 3 补丁，清理几乎没人注意的 clear_not_present_full_ptes() 接口：

  • （1）sparc64 删除自定义 pte_clear_not_present_full()：sparc64 的实现现在等同于通用 __set_pte_at()，属于无用重写，删除。
  • （2）完全删除 pte_clear_not_present_full() 宏：因为架构不再需要特殊处理清除非 present PTE。之前该宏用于在某些硬件上刷新 TLB（因为 sparc TLB 可能缓存非 present 页表项），现在不再需要。
  • （3）全局清理 clear_not_present_full_ptes() 函数：删除 full 参数（已无用），将最终实现简化为 set_ptes(mm, addr, ptep, nudef_none_pte(), nr)，统一命名为 clear_non_present_ptes()。

为什么重要：
代码清理虽不改变行为，但减少架构差异化代码，使 mm/mprotect.c 和 mm/mempolicy.c 中涉及非 present PTE 清除的路径更易维护。消除 full 参数（该参数最初是为“是否全量刷 TLB”设计）避免混淆，并为将来引入更统一的 PTE 操作基元扫清障碍。

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🔧 其它子系统

eBPF

  • BPF signed loader 验证落地：Daniel Borkmann 提交 5 补丁系列，将 BPF 签名加载器的验证从 BPF 程序内部移到内核加载阶段——之前签名的 loader 需要自己通过硬编码的 struct bpf_map 偏移读取内核缓存的 map SHA256 并比较（in-loader 检查），现在内核在 BPF_PROG_LOAD 时自动 folding loader 的 fd_array maps 进入签名覆盖范围，安全性更强。bpftool 的 bpftool prog sign 命令也同步更新，覆盖 metadata 签名。来源
  • skmsg 四连修：Jiayuan Chen 提交 4 补丁系列修复 sk_msg 路径中的多个 bug：bpf_msg_push_data() 中拒绝溢出的 copy+len、修复错误的 rsge 偏移、将分配的内核页零初始化、以及保持 sk_msg 拷贝状态同步。来源

文件系统 / VFS

  • shmem 交换 I/O 重构：shmem_write_folio() 封装：Christoph Hellwig 为 shmem 提供 wrapper 函数供 DRM 驱动（i915）使用，目标是完全将 swap_iocb 处理放在 shmem 内部，为后续 swap I/O 路径的通用化铺路。来源（注意：该系列是 6/1 的，今天有回复讨论）
  • writeout 函数合并入 pageout：同一系列的另一个补丁，将回收路径中的 writeout()（只被 pageout() 调用）直接内联合并，消除一个不必要的函数调用层。来源

锁

  • x86_64 spin_unlock 内联性能测试：i-cache 成本普遍存在：Dmitry Ilvokhin 应 Peter Zijlstra 的建议，在 x86 上测试了内联 _raw_spin_unlock() 的效果（设置 ARCH_INLINE_SPIN_UNLOCK*），测量了 RocksDB、内核编译和 nginx 等工作负载。结果在所有负载中均观察到内核 L1i 缓存缺失增加；在 i-cache 受限的 nginx 连接处理中，吞吐量下降约 1.27%（指令数仅减少 0.5%），表明内联带来的 i-cache 污染抵消了指令数优势。作者指出未发现任何工作负载因内联而受益。来源

👀 值得追的讨论 / Patch

  • mm/kmemleak 栈扫描导致软锁问题：Breno Leitao 提交 RFC，指出 kmemleak_scan() 在遍历所有任务栈时会触发软锁（soft lockup），因为每个栈需要释放内存，遍历到大量线程时长时间不调度。当前方案是在遍历循环中加入 cond_resched() 或 need_resched() 检查，但 reviewer 指出扫描不应该可中断（会导致误报或漏报），需要更细致的设计。来源
  • mm: split file’s i_mmap tree for NUMA：Huang Shijie 提交 v2 系列（4 补丁），将文件对应的 i_mmap 树按 NUMA node 拆分并拆分锁，以减少多节点并发访问竞争。在 Hygon 12 节点服务器上，UnixBench execl 测试显示超过 400% 的性能提升。来源
  • mm/vmalloc: 添加 decrypted 分配器：Catalin Marinas 提交 RFC，为 CCA 机密计算场景引入显式解密内存分配接口。该路径需要与 set_memory_decrypted 配合，社区对接口命名（vzalloc_decrypted vs vmalloc_decrypted_encrypted）和是否需要独立新函数存在分歧。来源

⚡ 一句话速览

  • mm/lruvec trace：JP Kobryn 提交 v4，新增 mm_lru_add_drain 和 mm_lru_add_drain_all tracepoint，用于追踪 LRU 添加批量被排空时的调用栈和 CPU 信息，帮助定位 LRU 锁竞争来源。来源
  • kasan：x86 5 级页表假阳性修复：Ihor Solodrai 修复 kasan 在 x86 5-level paging 下的 wild-memory-access 误报，与 pgd_bit 计算溢出有关。来源
  • page_owner_sort 内存泄漏：Yichong Chen 修复 add_list() 不释放 per-record comm 和 txt 的问题。来源
  • swap.h 清理：Ritesh Harjani 移除未使用的 SWAP_BATCH 宏和多项 forward 声明。来源
  • selftests/mm hmm 修复：Aboorva Devarajan v3 系列修复 hmm-tests 在 hugepage 配置非默认（1G 等）时的崩溃问题。来源
  • mm/memfd_luo 验证：Tarun Sahu 修复 memfd_luo 中未验证序列化数据即做类型转换的潜在安全问题。来源
  • mm/damon 栈使用减缩：Arnd Bergmann 调整 DAMON 工作线程，将过大的内核栈变量移出堆栈或使用动态分配。来源
  • mm: remove NODE_RECLAIM_xxx macros：Petr Tesarik 将 node_reclaim() 返回值改为 bool，同时移除未用的宏常量。来源
  • MM: drop pte_clear_not_present_full：David Hildenbrand 提交了 v1 补丁系列，清理 clear_not_present_full_ptes()，移除了 pte_clear_not_present_full() 并将前者重命名为 clear_non_present_ptes()。来源
  • khugepaged collapse hint for MGLRU：Luka Bai 添加 collapse hint 机制，允许 MGLRU 指示 khugepaged 优先折叠哪些 folio，提高 mTHP 命中率。来源