在Linux內核的struct page中，_count（或_refcount）和_mapcount是兩個關鍵的引用計數成員，它們各自承擔不同的職責。以下是深度解析和代碼案例：
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1. _count vs _mapcount 區別詳解
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_count（或_refcount）
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特性 說明
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全稱 atomic_t _refcount（新內核）或atomic_t _count（舊內核）
核心作用 頁面生命周期計數 - 表示內核持有該物理頁的"所有者"數量
觸發釋放條件 當計數值降為0時，頁面返回伙伴系統
操作接口 get_page(), put_page(), page_ref_count()
計數值含義 每增加1表示新增一個所有者（如頁緩存、匿名頁、設備映射等）
數值范圍 ≥0
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作用：記錄物理頁的引用總數，用于判斷頁是否可以被釋放。
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遞增場景：
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頁被分配給進程（如malloc、fork）。
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頁被內核臨時使用（如I/O緩沖）。
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遞減場景：
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進程釋放內存（如free、exit）。
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內核不再需要該頁。
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臨界值：
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_count == 0：頁可以被回收。
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_count > 0：頁正在被使用。
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_mapcount
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特性 說明
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全稱 atomic_t _mapcount 或 int _mapcount
核心作用 頁表映射計數 - 表示頁面被映射到用戶空間頁表的次數
特殊值 -1: 未被用戶進程映射
0: 被1個進程映射
N: 被N+1個進程映射
操作接口 page_mapcount(), page_add_file_rmap(), page_remove_rmap()
計數范圍 -1 ~ 未限定上限
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作用：記錄頁表映射的數量（即有多少個進程的頁表指向該物理頁）。
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遞增場景：
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頁被映射到進程的地址空間（如mmap、寫時復制）。
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遞減場景：
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進程取消映射（如munmap、exit）。
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特殊值：
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_mapcount == -1：頁未被任何進程映射（如僅內核使用）。
_mapcount == 0：頁被1個進程映射。
_mapcount > 0：頁被多個進程共享（如共享內存）。
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2. 核心差異總結
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維度 _refcount _mapcount
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保護對象 物理頁面的生命周期 頁面在虛擬地址空間的映射關系
計數值=0 頁面可被回收 無實際意義（正常值為-1,0或正數）
增加場景 加入頁緩存、設備映射等 創建新頁表映射（mmap/mprotect）
減少場景 put_page()調用、文件刪除等 解除頁表映射（munmap）
用戶態影響 間接（決定物理頁存在） 直接（決定虛擬映射是否有效）
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3.代碼案例：模擬寫時復制（COW）
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以下是一個簡化版的內核模塊代碼，演示_count和_mapcount在寫時復制中的變化：
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#include <linux/module.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/sched.h>
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static void print_page_counts(struct page *page) {
? ? pr_info("_count = %d, _mapcount = %d\n",
? ? ? ? ? ? page_ref_count(page),
? ? ? ? ? ? page_mapcount(page));
}
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static int __init cow_demo_init(void) {
? ? struct page *page;
? ? struct vm_area_struct *vma;
? ? unsigned long addr = current->mm->mmap->vm_start;
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? ? // 1. 獲取用戶態地址對應的頁
? ? page = follow_page(current->mm->mmap, addr, FOLL_GET);
? ? if (!page) {
? ? ? ? pr_err("Failed to get page\n");
? ? ? ? return -EFAULT;
? ? }
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? ? pr_info("Original page:\n");
? ? print_page_counts(page); // 初始狀態：_count=1, _mapcount=0
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? ? // 2. 模擬fork()：寫時復制前（共享映射）
? ? get_page(page); // _count++
? ? atomic_inc(&page->_mapcount); // _mapcount++
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? ? pr_info("After fork (shared):\n");
? ? print_page_counts(page); // _count=2, _mapcount=1
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? ? // 3. 模擬寫入觸發COW
? ? put_page(page); // 原進程釋放引用 _count--
? ? atomic_dec(&page->_mapcount); // 原進程取消映射 _mapcount--
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? ? // 新分配COW頁
? ? struct page *new_page = alloc_page(GFP_KERNEL);
? ? copy_user_highpage(new_page, page, addr, current->mm->mmap);
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? ? pr_info("After COW (new page):\n");
? ? print_page_counts(new_page); // _count=1, _mapcount=0
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? ? // 清理
? ? __free_page(page);
? ? __free_page(new_page);
? ? return 0;
}
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static void __exit cow_demo_exit(void) {
? ? pr_info("Module exited\n");
}
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module_init(cow_demo_init);
module_exit(cow_demo_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
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5. 代碼流程解析
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初始狀態：
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進程A映射一個頁：_count=1（A持有），_mapcount=0（未共享）。
fork()后：
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進程B共享該頁：_count=2（A+B持有），_mapcount=1（1次映射）。
寫入觸發COW：
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進程B復制新頁：原頁_count=1（A持有），_mapcount=0（B取消映射）。
新頁_count=1（B持有），_mapcount=0（新映射）。
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6. 關鍵函數說明
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page_ref_count(page)：獲取_count值。
page_mapcount(page)：獲取_mapcount值。
follow_page()：通過虛擬地址獲取struct page。
copy_user_highpage()：復制頁內容（COW核心操作）。
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7. 實際運行輸出示例
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Original page:
_count = 1, _mapcount = 0
After fork (shared):
_count = 2, _mapcount = 1
After COW (new page):
_count = 1, _mapcount = 0
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8. 總結
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_count是物理頁的全局引用計數，決定頁是否可回收。
_mapcount是映射計數，反映共享狀態（如COW、共享內存）。
兩者協同工作：即使_mapcount=0（無映射），若_count>0（內核仍在使用），頁也不能釋放。
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9.性能優化與注意事項
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原子操作開銷
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_refcount使用atomic_t確保原子性
高并發場景下可能成為瓶頸，需盡量減少頻繁操作
引用循環問題
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// 錯誤示例：導致永久引用
void set_page_private(struct page *page, void *data)
{
? ? get_page(page); // 增加額外引用
? ? page->private = data;
}
多類型頁面處理
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// 處理復合頁（Compound Pages）
if (PageCompound(page)) {
? ? // 整個復合頁共享相同_refcount
? ? // 但每個子頁有獨立_mapcount
}
頁面遷移保護
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// 遷移前檢查
if (page_mapcount(page) > 0 || page_ref_count(page) > 1) {
? ? return -EBUSY; // 頁面被使用中
}
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10.調試工具
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CONFIG_DEBUG_VM：檢測無效的計數操作
page_owner：追蹤頁面生命周期所有者
/proc/pagetypeinfo：查看頁面計數統計
通過正確理解_refcount和_mapcount的差異及其協同工作方式，開發者可以有效優化內存管理邏輯，避免常見錯誤如頁面泄露或過早釋放。
——畫線功能Linerenderer、范圍檢測、射線檢測)
