swap table 第四阶段统一分配与降低静态元数据

背景

swap 子系统为每个 swap slot 维护若干元数据：它属于哪个 cgroup（swap cgroup，用一张静态数组）、是否是零页（zeromap，一张独立映射）、落在哪个 cluster。这几套结构各自为政，静态数组的开销随 swap 设备大小线性增长，大约 per-slot 2 字节，挂一个 1TB 的 swap 设备就要吃掉约 512MB 内存，哪怕一个 slot 都没用到。

┌──────────────────────────────────────┐
│         swap 元数据分散管理          │
└──────────────────┬───────────────────┘
                   ▼
┌──────────────────────────────────────┐
│ 计费数组、零页映射、cluster 表各自为 │
│ 政                                   │  per-slot 约 2 字节，1TB swap 占约 512MB
└──────────────────┬───────────────────┘
                   ▼
┌──────────────────────────────────────┐  高阶 swapin 查状态与分配分开，留竞态窗
│    匿名与 shmem 分配计费各自实现     │  口
└──────────────────────────────────────┘

分配与计费的路径也不统一。匿名页和 shmem 各自实现 swap folio 的分配与 fallback；高阶 swapin 要先查 swap cache 状态、再分配、再 fallback，几步分开做，中间留着 TOCTOU 竞态窗口。memcg 的查找与计费也散落在各处。同步上的不足，在重压下还会让 VM_FAULT_OOM 偶发泄漏到缺页处理路径。

问题

• swap 元数据分散：计费数组、零页映射、cluster 表各自为政
• 静态数组开销随 swap 大小线性增长（per-slot 约 2 字节）
• 匿名与 shmem 分配计费各自实现，留竞态窗口
• 压力下同步不足，偶发缺页 OOM 泄漏

方案

整系列围绕一个"统一"展开：把分散的元数据收敛进 swap table，把各自实现的分配与计费并成一条路径。

旧：元数据分散，路径各自实现
┌──────────────────────────────────────┐
│ 计费数组、零页映射、cluster 表多套结 │
│ 构                                   │
└──────────────────┬───────────────────┘
                   ▼
┌──────────────────────────────────────┐
│    匿名与 shmem 分配计费各走各的     │  压力下同步不足，偶发缺页 OOM 泄漏
└──────────────────────────────────────┘

新：收敛进统一 swap 表
┌──────────────────────────────────────┐
│ cgroup 编号存进 cluster 表，零页映射 │
│ 并入 swap 表                         │
└──────────────────┬───────────────────┘
                   ▼
┌──────────────────────────────────────┐  静态元数据降到近零，高阶 swapin 在紧凑
│    匿名与 shmem 走统一分配与计费     │  循环内完成
└──────────────────────────────────────┘

分配上，让 swap cache 直接支持稳定的大阶分配后，匿名与 shmem 都改走它，不再各写一套。原先高阶 swapin 的"查 swap cache 状态、分配、fallback"几步合并进同一个紧凑循环，TOCTOU 窗口随之收窄；cgroup 与零页检查也挪进这个循环，进一步去冗余。order 的 fallback 与统计一并统一，调用方只需给出可接受的 order 位掩码。

计费上，swapin 时把 memcg 的查找与计费延迟并统一起来，不再散落各处。

元数据上，把 cgroup 编号直接存进 cluster table，于是那张独立的 swap cgroup 静态数组可以整张删掉，这正是 512MB 内存节省的来源；zeromap 也合并进 swap table，又少一张独立映射。这几处合起来，静态元数据开销降到接近零（per-slot 约 0.09375 字节），同步也更稳。

收益

作者在四个 workload 上做了对比，外加内存节省与 thrashing 统计。

静态元数据内存节省（挂载 1TB swap 设备）：

Redis（2G VM + 6G ZRAM swap，redis-benchmark get）：

内核构建（48c96t，8G 内存 + 12G ZRAM + THP，make -j96 defconfig，24 次）：

usemem（32c，48G brd ramdisk + 16G RAM，12 次）：

thrashing（压力测试中 VM_FAULT_OOM 泄漏计数）：

主要收益是静态元数据近乎清零（1TB swap 省 512MB）与压力下的稳健性（缺页 OOM 泄漏 18→0）；各 workload 性能持平或略升（Redis +1.42%、内核构建 sys time -2.77%）。