Linux內核源碼分析之setup_arch (二)

1. 概述

接着上一篇《Linux內核源碼分析之setup_arch (一)》繼續分析，本文首先分析arm_memblock_init函數，而後分析內核啓動階段的是如何進行內存管理的。

2. arm_memblock_init

該函數的功能比較簡單，主要就是把meminfo中記錄的內存條信息添加到memblock.memory中，而後把內核鏡像所在內存區域添加到memblock.reserved中，arm_mm_memblock_reserve把頁表所在內存區域添加到memblock.reserved中；若是使用了設備樹，則使用arm_dt_memblock_reserve來保留所佔用的內存，最後則是調用CPU相關的mdesc->reserve，其對應的調用爲cpu_mem_reserve，該函數定義在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函數了，在分析paging_init以前先來點內核啓動階段的內存管理相關的內容。從arm_memblock_init開始引入memblock數據結構，其做用是實現內核啓動初期的內存管理功能，嚴格來講，其生命週期到paging_init::bootmem_init爲止，memblock_alloc調用流程以下。

實際查找空閒內存的函數爲memblock_find_in_range_node，而該函數中真正實現空閒內存查找的是for_each_free_mem_range_reverse這個宏定義。

/* 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;
}

該宏定義以下，然而其中又嵌套了一個函數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))

首先須要說明的是，memblock.reserved標識的區域表示的是已被佔用的內存區域，memblock.memory中記錄的是內存條信息。如今回到__next_free_mem_range_rev函數，代碼段(1)_{(2)的目的是找出內存條上兩個reserved區域之間的內存區域，即空閒區域。找到以後再通過代碼段(3)對空閒區域的起始地址和結束地址進行修正，由於代碼段(1)}(2)只能保證空閒區與當前內存條存在交集，並不能保證該空閒區域徹底處於當前內存條之中，主要緣由在於沒法保證這兩個reserved區域都在當前內存條上。

/* 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，空閒區域的查找基本就結束了，回到memblock_find_in_range_node函數中，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內存區域，最後只須要將這塊內存區域標記爲reserved狀態就結束了內存分配的整個過程了。

/* 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函數首先把記錄在meminfo記錄的內存條信息轉移到memblock.memory中，而後把已經使用的內存區域記錄到memblock.reserved中，主要包括內核鏡像所佔用區域、頁表區域以及設備樹；
• memblock_alloc經過memblock中的memory和reserved中記錄的信息進行內存管理，每次申請到內存以後都在memblock.reserved中進行記錄。