Linux核心原始碼分析之setup_arch (四)

機器感知發表於2021-03-28
Linux原始碼

前言

Linux核心原始碼分析之setup_arch (三) 基本上把setup_arch主要的函式都分析了，由於距離上一篇時間比較久了，所以這裡重新貼一下大致的流程圖，本文主要分析的是bootmem_init函式。

Linux核心原始碼分析之setup_arch (四)

程式碼分析

bootmem_init函式的結構如下：

Linux核心原始碼分析之setup_arch (四)

find_limits通過儲存在meminfo中的記憶體條資訊得到低端記憶體和高階記憶體的頁框編號，分別放入到min、max_low、max_high中。

static void __init find_limits(unsigned long *min, unsigned long *max_low,
          unsigned long *max_high)
{
 ...
 *min = bank_pfn_start(&mi->bank[0]);
 for_each_bank (i, mi)
  if (mi->bank[i].highmem)
    break;
 *max_low = bank_pfn_end(&mi->bank[i - 1]);
 *max_high = bank_pfn_end(&mi->bank[mi->nr_banks - 1]);
}

arm_bootmem_init對低端記憶體區域進行管理，流程圖如下：

Linux核心原始碼分析之setup_arch (四)

在通過find_limits得到記憶體的起止頁框號之後，通過bootmem_bootmap_pages計算得到需要分配bitmap的大小，分配好bitmap之後呼叫init_bootmem_node將起止頁框號和bitmap資訊寫入到pgdat中。

/* arch/arm/mm/init.c */
static void __init arm_bootmem_init(unsigned long start_pfn,
 unsigned long end_pfn)
{
 ...
 boot_pages = bootmem_bootmap_pages(end_pfn - start_pfn);
 bitmap = memblock_alloc_base(boot_pages << PAGE_SHIFT, L1_CACHE_BYTES,
    __pfn_to_phys(end_pfn));

 node_set_online(0);
 pgdat = NODE_DATA(0);
 init_bootmem_node(pgdat, __phys_to_pfn(bitmap), start_pfn, end_pfn);
  ...
}

最後就是把memblock管理的記憶體移交給bootmem來管理，對於memblock中的空閒區域通過free_bootmem將bitmap中對應的bit置零，而已經使用的記憶體，即memblock中對應的reserved的區域使用reserve_bootmem將bitmap中對應bit置1。

/* arch/arm/mm/init.c */
static void __init arm_bootmem_init(...)
{
 ...
 /* Free the lowmem regions from memblock into bootmem. */
 for_each_memblock(memory, reg) {
  ...
  free_bootmem(__pfn_to_phys(start), (end - start) << PAGE_SHIFT);
 }
 /* Reserve the lowmem memblock reserved regions in bootmem. */
 for_each_memblock(reserved, reg) {
  ...
  reserve_bootmem(__pfn_to_phys(start),
           (end - start) << PAGE_SHIFT, BOOTMEM_DEFAULT);
 }
}

在設定好bitmap之後，接下來開始分配對應的page結構體，在分配page結構體記憶體之前，先統計出各個zone區域內的記憶體空洞，存放在zhole_size中。

/* arch/arm/mm/init.c */
static void __init arm_bootmem_free(unsigned long min, unsigned long max_low,
 unsigned long max_high)
{
 ...
 for_each_memblock(memory, reg) {
  ...
  if (start < max_low) {
   unsigned long low_end = min(end, max_low);
   zhole_size[0] -= low_end - start;
  }
#ifdef CONFIG_HIGHMEM
  if (end > max_low) {
   unsigned long high_start = max(start, max_low);
   zhole_size[ZONE_HIGHMEM] -= end - high_start;
  }
#endif
 }
 ...
 free_area_init_node(0, zone_size, min, zhole_size);
}

統計好記憶體空洞之後開始分配page結構體所需要的記憶體空間，大致流程如下：

Linux核心原始碼分析之setup_arch (四)

calculate_node_totalpages通過zones_size和zholes_size計算出記憶體頁總數和真正可用的記憶體頁數量，分別記錄在pgdat->node_spanned_pages和pgdat->node_present_pages中。

/* mm/page_alloc.c */
void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
  unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
{
 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);

 pgdat->node_id = nid;
 pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
 calculate_node_totalpages(pgdat, zones_size, zholes_size);

 alloc_node_mem_map(pgdat);
 free_area_init_core(pgdat, zones_size, zholes_size);
}

alloc_node_mem_map根據pgdat->node_spanned_pages的大小確定需要分配的page結構體數量，這其中包括了記憶體空洞部分的區域，分配好之後將起始地址記錄到pgdat->node_mem_map中，同時也記錄在全域性變數mem_map中。

/* mm/page_alloc.c */
static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
{
 ...
 if (!pgdat->node_mem_map) {
  ...
  start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
  end = pgdat->node_start_pfn + pgdat->node_spanned_pages;
  end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
  size =  (end - start) * sizeof(struct page);
  map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
  if (!map)
   map = alloc_bootmem_node_nopanic(pgdat, size);
  pgdat->node_mem_map = map + (pgdat->node_start_pfn - start);
 }

 if (pgdat == NODE_DATA(0))
  mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
 ...
}

最後通過free_area_init_core初始化page結構體，大致流程如下：

Linux核心原始碼分析之setup_arch (四)

主要作用是設定每個zone結構體的資訊，比如zone的可用空間大小等資訊，並把每個zone的page結構體初始化，記錄自己所屬的zone和node_id，同時把page結構體狀態設定為PG_reserved，這裡是無差別的設定的，至於空閒的記憶體頁會在後續的mm_init::mem_init::free_all_bootmem中重新釋放出來；另外，SetPageReserved是通過巨集宣告的，所以是無法找到該函式的，其定義在page-flags.h中。

總結

bootmem_init函式的作用是分配bitmap和page結構體所需要的空間，同時把已使用的和空閒的記憶體區域都標記到bitmap中，然後更新每個zone的記憶體資訊，並把屬於每個zone記憶體空間對應的page結構體進行初始化，且全部都設定為PG_reserved狀態。

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