[FEAT] 帧分配器多核优化

[ZIYAN137]

🌟 动机与目标

当前帧分配器使用全局锁保护，在多核环境下会成为性能瓶颈。需要优化以减少锁竞争。

当前状态:

• 全局帧分配器，单一锁保护
• 每次分配/释放都需要获取全局锁

目标:

• 减少帧分配时的锁竞争
• 保持分配器正确性
• 提高多核并发性能

💡 建议的解决方案

核心思路

1. Per-CPU 帧缓存: 每个 CPU 维护本地帧缓存池，减少全局锁竞争
2. 批量分配: 缓存为空时从全局分配器批量获取，缓存满时批量归还
3. 内存压力回收: OOM 时回收各 CPU 缓存中的空闲帧

实现要点

• 实现 FrameCache 结构存储本地帧列表
• 修改 alloc_frame() 优先从本地缓存分配
• 修改 dealloc_frame() 优先归还到本地缓存
• 实现 shrink_frame_caches() 在内存压力时回收缓存

📋 实现任务

• 实现 FrameCache 结构
• 创建 Per-CPU 缓存实例
• 修改 alloc_frame() 使用缓存
• 修改 dealloc_frame() 使用缓存
• 实现批量分配 alloc_frames()
• 实现缓存回收 shrink_frame_caches()
• 在 OOM 时尝试回收缓存
• 性能测试和调优
• 确定合适的缓存大小

替代方案 (可选)

方案 B: 分区帧池

• 将物理内存分成若干区域，每个 CPU 优先从本地区域分配
• 适合 NUMA 架构，减少跨节点访问
• 需要更复杂的内存管理策略

额外的上下文

相关文件:

• os/src/mm/frame_allocator/mod.rs
• os/src/mm/frame_allocator/buddy_allocator.rs (如有)

依赖于:

• Per-CPU 变量 ([FEAT] Per-CPU 变量机制 #208 )
• 同步原语增强 ([FEAT] 同步原语增强 #213 )

被依赖于: 无

参考:

• Linux Per-CPU Page Allocator
• jemalloc Thread Caching