sched/isolation：把 memblock cpumask 的释放推迟到 initcall

系列概况

标题: [PATCH v4] sched/isolation: Defer freeing of cpumask memblock memory to initcall
作者: Waiman Long longman@redhat.com
版本: v4（v4 的改动为「Collect tags and update commit log」）
规模: 单补丁（非系列），线程共 5 封邮件（1 封 patch + 3 封作者 ping/重发回复 + 1 封 tip-bot 合并通知）
修改文件: kernel/sched/isolation.c
代码统计: 1 file changed, 15 insertions(+), 1 deletion(-)
Message-ID: 20260701195810.477326-1-longman@redhat.com
完整性: 完整。已被 Peter Zijlstra 合入 tip:sched/core，Commit-ID 2b58c749b8c5244e259a0230bc57b10b010dc545（CommitterDate 2026-08-13）

补丁目的

在 linux-next 上带 nohz_full= 启动参数时，housekeeping_init() 里对 memblock 内存调用 memblock_free() 触发了新加的告警（来自 commit 59bd1d914bb5，"memblock: warn when freeing reserved memory before memory map is initialized"）：

Cannot free reserved memory because of deferred initialization of the memory map
WARNING: mm/memblock.c:904 at __free_reserved_area+0xde/0xf0, CPU#0: swapper/0/0
  memblock_phys_free+0xcb/0x100
  housekeeping_init+0x14c/0x170
  start_kernel+0x207/0x450

根因：housekeeping_init() 在 start_kernel() 早期执行，此时 memory map 还没被 deferred_init_memmap() 完全初始化，把 reserved 内存还回去是不安全的。

目标：保留原有「用完就释放临时 cpumask」的语义，但把释放动作推迟到 initcall 阶段。

旧流程的问题

27c3a5967f05（"sched/isolation: Convert housekeeping cpumasks to rcu pointers"）之后，housekeeping_init() 会把早期用 memblock 分配的旧 cpumask（omask）复制到新 mask 并挂成 RCU 指针，然后立刻 memblock_free(omask, cpumask_size())。这个「立刻」发生在 memory map 尚未就绪的窗口内，于是踩中新告警。

新流程

不改分配路径，只把待释放的 omask 串成一个链表，等到 pure_initcall 时一次性 free。

       start_kernel()
            |
            v
    housekeeping_init()            [memory map 未就绪]
            |
            |  copy omask -> nmask, RCU_INIT_POINTER
            |
            +--> __llist_add(omask) --> memblock_freelist
                                          |  omask1 -> omask2 -> ... -> NULL
                                          |
            ... 内核继续启动 ...           |
    deferred_init_memmap() 完成           |
            |                             |
            v                             v
     pure_initcall 阶段  ----> housekeeping_late_init()
                                  __llist_del_all()
                                  for each node: memblock_free(node, cpumask_size())

关键实现

#include <linux/llist.h>

static __initdata LLIST_HEAD(memblock_freelist);

/* housekeeping_init(): 不再立刻释放 */
- memblock_free(omask, cpumask_size());
+ __llist_add((struct llist_node *)omask, &memblock_freelist);

static int __init housekeeping_late_init(void)
{
	struct llist_node *llnode, *pos, *t;

	/* Free allocated memblock memory, if any */
	llnode = __llist_del_all(&memblock_freelist);
	llist_for_each_safe(pos, t, llnode)
		memblock_free(pos, cpumask_size());
	return 0;
}
pure_initcall(housekeeping_late_init);

三个设计要点：

复用待释放内存本身当链表节点：omask 已经不再被读，直接把它 cast 成 struct llist_node。llist_node 只有一个 next 指针（一个 long），而 cpumask 的最小分配尺寸也正好是一个 long，所以不会越界。
用非原子版 llist API（__llist_add / __llist_del_all）：启动早期单线程，没有并发争用，省掉 cmpxchg。
pure_initcall + __initdata：链表头本身是 initdata，跑完 initcall 后连表头都被回收；pure_initcall 是最早一档 initcall，此时 memory map 已就绪，但又尽早还内存。

依赖说明：commit message 明确写了本补丁依赖 7c2eee9c1367（"memblock: don't touch memblock arrays when memblock_free() is called late"），否则晚调用 memblock_free() 会被 KASAN 报 UAF。

Fixes: 指向 27c3a5967f05，Reviewed-by 来自 Frederic Weisbecker 和 Phil Auld。

类比

想象你在装修房子的第一天（早期启动），工人临时用几块木板搭了个操作台（memblock 分配的 cpumask）。活干完了，你想立刻把木板扔进小区垃圾站——但垃圾站还没建好、门牌号还没登记（memory map 未初始化），保安会拦下你并贴一张警告条。

这个补丁的做法是：把这几块木板先靠墙码在门口，用一根绳子串起来（llist，绳子直接绑在木板上，不额外占地方），等垃圾站正式开张的第一天（pure_initcall）再一次性推过去扔掉。既没提前违规，也没把木板永远留在屋里。

线程本身的另一层「类比」：作者在 7/13、7/29、8/13 三次 ping 这封补丁——就像把包裹放在收发室后每两周去问一次，直到 8/13 维护者终于签收（tip-bot 合并通知）。

Highlight：风险与注意点

强依赖 7c2eee9c1367：如果补丁被 backport 到没有该 memblock 修复的树上，延后的 memblock_free() 会触碰已经失效的 memblock 数组，KASAN 会报 use-after-free。合并顺序必须保证。
cast 的隐含假设：(struct llist_node *)omask 依赖「cpumask 最小分配 ≥ sizeof(long)」。如果将来 memblock 分配路径或 cpumask 尺寸约定变化，这个 cast 会静默越界写。commit log 已解释，但代码里没有 BUILD_BUG_ON 之类的静态检查，是可以跟进加固的点。
非原子 llist 的前提：__llist_add/__llist_del_all 无锁保护，正确性完全建立在「housekeeping_init 与 late_init 都是单线程、无并发」上。若以后有人在 SMP 上下文里复用这条链表，会静默出错。
只是把窗口移后，不是不释放：pure_initcall 是最早一档 initcall，需要确认 deferred memmap 初始化确实已完成；这也是选 pure_initcall 而非更晚 initcall 时值得复核的地方（当前无人在线程中提出异议）。
触发条件窄：只有带 nohz_full/isolcpus 之类导致 housekeeping cpumask 被分配的启动参数才会命中，默认配置下看不到告警，容易被误认为「无关紧要」。

版本变化

v4：收集 Reviewed-by tags（Frederic Weisbecker、Phil Auld）并更新 commit log；实现相对 v3 无功能改动。
线程中 v1（20260505051821.1107133-1-longman@redhat.com）被反复引用作为上下文来源。

与其他相关 patch 的关联

59bd1d914bb5（memblock: warn when freeing reserved memory...）——告警的引入者，是本补丁的触发源。
7c2eee9c1367（memblock: don't touch memblock arrays when memblock_free() is called late）——硬依赖。
27c3a5967f05（sched/isolation: Convert housekeeping cpumasks to rcu pointers）——Fixes: 目标，引入了这段早期 free 逻辑。

一句话总结

把 housekeeping_init() 里过早的 memblock_free() 改成「用待释放内存自身做 llist 节点先挂起、到 pure_initcall 再统一释放」，以 15 行代码消除了 nohz_full 启动下的 memblock 告警，已合入 tip:sched/core。

[PATCH v4] sched/isolation: Defer freeing of cpumask memblock memory to initcall

LLM 分析