Linux核心原始碼分析之setup_arch (二)

機器感知發表於2020-12-08
Linux原始碼

1. 概述

接著上一篇《Linux核心原始碼分析之setup_arch (一)》繼續分析，本文首先分析arm_memblock_init函式，然後分析核心啟動階段的是如何進行記憶體管理的。

2. arm_memblock_init

該函式的功能比較簡單，主要就是把meminfo中記錄的記憶體條資訊新增到memblock.memory中，然後把核心映象所在記憶體區域新增到memblock.reserved中，arm_mm_memblock_reserve把頁表所在記憶體區域新增到memblock.reserved中；如果使用了裝置樹，則使用arm_dt_memblock_reserve來保留所佔用的記憶體，最後則是呼叫CPU相關的mdesc->reserve，其對應的呼叫為cpu_mem_reserve，該函式定義在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

接下來就該執行paging_init函式了，在分析paging_init之前先來點核心啟動階段的記憶體管理相關的內容。從arm_memblock_init開始引入memblock資料結構，其作用是實現核心啟動初期的記憶體管理功能，嚴格來說，其生命週期到paging_init::bootmem_init為止，memblock_alloc呼叫流程如下。

Linux核心原始碼分析之setup_arch (二)

實際查詢空閒記憶體的函式為memblock_find_in_range_node，而該函式中真正實現空閒記憶體查詢的是for_each_free_mem_range_reverse這個巨集定義。

/* 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;
}

該巨集定義如下，然而其中又巢狀了一個函式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))

首先需要說明的是，memblock.reserved標識的區域表示的是已被佔用的記憶體區域，memblock.memory中記錄的是記憶體條資訊。現在回到__next_free_mem_range_rev函式，程式碼段(1)(2)的目的是找出記憶體條上兩個reserved區域之間的記憶體區域，即空閒區域。找到之後再經過程式碼段(3)對空閒區域的起始地址和結束地址進行修正，因為程式碼段(1)(2)只能保證空閒區與當前記憶體條存在交集，並不能保證該空閒區域完全處於當前記憶體條之中，主要原因在於無法保證這兩個reserved區域都在當前記憶體條上。

/* 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，空閒區域的查詢基本就結束了，回到memblock_find_in_range_node函式中，再檢查一下該區域的起始地址和結束地址是否合法等等，最終就申請到了所請求大小的記憶體區域，最後只需要將這塊記憶體區域標記為reserved狀態就結束了記憶體分配的整個過程了。

/* 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. 總結

  • arm_memblock_init函式首先把記錄在meminfo記錄的記憶體條資訊轉移到memblock.memory中，然後把已經使用的記憶體區域記錄到memblock.reserved中，主要包括核心映象所佔用區域、頁表區域以及裝置樹；
  • memblock_alloc通過memblock中的memory和reserved中記錄的資訊進行記憶體管理，每次申請到記憶體之後都在memblock.reserved中進行記錄。

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