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Linux内核源码分析之setup_arch (二)


1. 概述

接着上一篇《Linux内核源码分析之setup_arch (一)》继续分析,本文首先分析arm_memblock_init函数,然后分析内核启动阶段的是如何进行内存管理的。

2. arm_memblock_init

该函数的功能比较简单,主要就是把meminfo中记录的内存条信息添加到memblock.memory中,然后把内核镜像所在内存区域添加到memblock.reserved中,arm_mm_memblock_reserve把页表所在内存区域添加到memblock.reserved中;如果使用了设备树,则使用arm_dt_memblock_reserve来保留所占用的内存,最后则是调用CPU相关的mdesc->reserve,其对应的调用为cpu_mem_reserve,该函数定义在cpu.c中。

/* arch/arm/mm/init.c */ void __init arm_memblock_init(...) {   for (i = 0; i < mi->nr_banks; i++)     memblock_add(mi->bank[i].start, mi->bank[i].size);    memblock_reserve(__pa(_stext), _end - _stext);   arm_mm_memblock_reserve();   arm_dt_memblock_reserve();    if (mdesc->reserve)     mdesc->reserve();    arm_memblock_steal_permitted = false;   memblock_allow_resize();   memblock_dump_all(); } /* include/kernel/memblock.h */ struct memblock {  phys_addr_t current_limit;  struct memblock_type memory;  struct memblock_type reserved; }; 

3. memblock_alloc

接下来就该执行paging_init函数了,在分析paging_init之前先来点内核启动阶段的内存管理相关的内容。从arm_memblock_init开始引入memblock数据结构,其作用是实现内核启动初期的内存管理功能,严格来说,其生命周期到paging_init::bootmem_init为止,memblock_alloc调用流程如下。

Linux内核源码分析之setup_arch (二)

实际查找空闲内存的函数为memblock_find_in_range_node,而该函数中真正实现空闲内存查找的是for_each_free_mem_range_reverse这个宏定义。

/* mm/memblock.c */ phys_addr_t memblock_find_in_range_node(...) {  ...  for_each_free_mem_range_reverse(i, nid, &this_start, &this_end, NULL) {       ...       if (cand >= this_start)         return cand;  }  return 0; } 

该宏定义如下,然而其中又嵌套了一个函数Orz…

/* include/linux/memblock.h */ #define for_each_free_mem_range_reverse(i, nid, p_start, p_end, p_nid)   for (i = (u64)ULLONG_MAX,                                                    __next_free_mem_range_rev(&i, nid, p_start, p_end, p_nid);              i != (u64)ULLONG_MAX;                                                   __next_free_mem_range_rev(&i, nid, p_start, p_end, p_nid)) 

首先需要说明的是,memblock.reserved标识的区域表示的是已被占用的内存区域,memblock.memory中记录的是内存条信息。现在回到__next_free_mem_range_rev函数,代码段(1)(2)的目的是找出内存条上两个reserved区域之间的内存区域,即空闲区域。找到之后再经过代码段(3)对空闲区域的起始地址和结束地址进行修正,因为代码段(1)(2)只能保证空闲区与当前内存条存在交集,并不能保证该空闲区域完全处于当前内存条之中,主要原因在于无法保证这两个reserved区域都在当前内存条上。

/* mm/memblock.c */ void __init_memblock __next_free_mem_range_rev(...) {  struct memblock_type *mem = &memblock.memory;  struct memblock_type *rsv = &memblock.reserved;  ...  /* (1) */  for ( ; mi >= 0; mi--) {   struct memblock_region *m = &mem->regions[mi];   phys_addr_t m_start = m->base;   phys_addr_t m_end = m->base + m->size;   ...   /* (2) */   for ( ; ri >= 0; ri--) {    struct memblock_region *r = &rsv->regions[ri];    phys_addr_t r_start = ri ? r[-1].base + r[-1].size : 0;    phys_addr_t r_end = ri < rsv->cnt ? r->base : ULLONG_MAX;    ...    /* (3) */    if (m_end > r_start) {     if (out_start)      *out_start = max(m_start, r_start);     if (out_end)      *out_end = min(m_end, r_end);     if (out_nid)      *out_nid = memblock_get_region_node(m);      ...     return;    }   }  }   *idx = ULLONG_MAX; } 

至此,空闲区域的查找基本就结束了,回到memblock_find_in_range_node函数中,再检查一下该区域的起始地址和结束地址是否合法等等,最终就申请到了所请求大小的内存区域,最后只需要将这块内存区域标记为reserved状态就结束了内存分配的整个过程了。

/* mm/memblock.c */ int memblock_reserve(phys_addr_t base, phys_addr_t size) {  struct memblock_type *_rgn = &memblock.reserved;  return memblock_add_region(_rgn, base, size, MAX_NUMNODES); } 

4. 总结

  • arm_memblock_init函数首先把记录在meminfo记录的内存条信息转移到memblock.memory中,然后把已经使用的内存区域记录到memblock.reserved中,主要包括内核镜像所占用区域、页表区域以及设备树;
  • memblock_alloc通过memblock中的memory和reserved中记录的信息进行内存管理,每次申请到内存之后都在memblock.reserved中进行记录。
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