Linux內(nèi)存怎么初始化

paging_init

void __init paging_init(void)
{
 phys_addr_t pgd_phys = early_pgtable_alloc();//分配一頁(yè)大小的物理內(nèi)存放進(jìn)pgd
 pgd_t *pgd = pgd_set_fixmap(pgd_phys);

 map_kernel(pgd);//將內(nèi)核的各個(gè)段進(jìn)行映射 .text .init .data .bss
 map_mem(pgd);//將memblock子系統(tǒng)添加的物理內(nèi)存進(jìn)行映射(將物理地址映射到線性區(qū)域)

 /*
  * We want to reuse the original swapper_pg_dir so we don't have to
  * communicate the new address to non-coherent secondaries in
  * secondary_entry, and so cpu_switch_mm can generate the address with
  * adrp+add rather than a load from some global variable.
  *
  * To do this we need to go via a temporary pgd.
  */
 cpu_replace_ttbr1(__va(pgd_phys));//切換頁(yè)表
 memcpy(swapper_pg_dir, pgd, PGD_SIZE);//將新建立的頁(yè)表內(nèi)容替換swapper_pg_dir頁(yè)表內(nèi)容
 cpu_replace_ttbr1(lm_alias(swapper_pg_dir));

 pgd_clear_fixmap();
 memblock_free(pgd_phys, PAGE_SIZE);

 /*
  * We only reuse the PGD from the swapper_pg_dir, not the pud + pmd
  * allocated with it.
  */
 memblock_free(__pa_symbol(swapper_pg_dir) + PAGE_SIZE,
        SWAPPER_DIR_SIZE - PAGE_SIZE);
}

• early_pgtable_alloc：分配一頁(yè)大小的物理內(nèi)存放進(jìn)pgd
• map_kernel(pgd)：將內(nèi)核的各個(gè)段進(jìn)行映射（.text .init .data .bss）

 

• map_mem(pgd)：將memblock子系統(tǒng)添加的物理內(nèi)存進(jìn)行映射(將物理地址映射到線性區(qū)域)

主要是完成通過(guò)memblock_add添加到系統(tǒng)中的物理內(nèi)存映射，注意如果memblock設(shè)置了MEMBLOCK_NOMAP標(biāo)志的話則不對(duì)其地址映射。

• cpu_replace_ttbr1(__va(pgd_phys))：切換頁(yè)表
• memcpy(swapper_pg_dir, pgd, PGD_SIZE)：將新建立的頁(yè)表內(nèi)容替換swapper_pg_dir頁(yè)表內(nèi)容

bootmem_init

void __init bootmem_init(void)
{
 unsigned long min, max;

 min = PFN_UP(memblock_start_of_DRAM());
 max = PFN_DOWN(memblock_end_of_DRAM());

 early_memtest(min << PAGE_SHIFT, max << PAGE_SHIFT);

 max_pfn = max_low_pfn = max;

 arm64_numa_init();
 /*
  * Sparsemem tries to allocate bootmem in memory_present(), so must be
  * done after the fixed reservations.
  */
 arm64_memory_present();

 sparse_init();
 zone_sizes_init(min, max);

 memblock_dump_all();
}

這個(gè)函數(shù)基本上完成了linux對(duì)物理內(nèi)存“劃分”的初始化，包括node, zone, page frame，以及對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在講這個(gè)函數(shù)之前，我們需要了解下物理內(nèi)存組織。

「Linux是如何組織物理內(nèi)存的？」

「node」：

目前計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有兩種體系結(jié)構(gòu)：

• 非一致性內(nèi)存訪問(wèn) NUMA（Non-Uniform Memory Access）意思是內(nèi)存被劃分為各個(gè)node，訪問(wèn)一個(gè)node花費(fèi)的時(shí)間取決于CPU離這個(gè)node的距離。每一個(gè)cpu內(nèi)部有一個(gè)本地的node，訪問(wèn)本地node時(shí)間比訪問(wèn)其他node的速度快
• 一致性內(nèi)存訪問(wèn) UMA（Uniform Memory Access）也可以稱為SMP（Symmetric Multi-Process）對(duì)稱多處理器。意思是所有的處理器訪問(wèn)內(nèi)存花費(fèi)的時(shí)間是一樣的。也可以理解整個(gè)內(nèi)存只有一個(gè)node。

「zone」：

ZONE的意思是把整個(gè)物理內(nèi)存劃分為幾個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域有特殊的含義

enum zone_type {
#ifdef CONFIG_ZONE_DMA
 /*
  * ZONE_DMA is used when there are devices that are not able
  * to do DMA to all of addressable memory (ZONE_NORMAL). Then we
  * carve out the portion of memory that is needed for these devices.
  * The range is arch specific.
  *
  * Some examples
  *
  * Architecture  Limit
  * ---------------------------
  * parisc, ia64, sparc <4G
  * s390   <2G
  * arm   Various
  * alpha  Unlimited or 0-16MB.
  *
  * i386, x86_64 and multiple other arches
  *    <16M.
  */
 ZONE_DMA,
#endif
#ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
 /*
  * x86_64 needs two ZONE_DMAs because it supports devices that are
  * only able to do DMA to the lower 16M but also 32 bit devices that
  * can only do DMA areas below 4G.
  */
 ZONE_DMA32,
#endif
 /*
  * Normal addressable memory is in ZONE_NORMAL. DMA operations can be
  * performed on pages in ZONE_NORMAL if the DMA devices support
  * transfers to all addressable memory.
  */
 ZONE_NORMAL,
#ifdef CONFIG_HIGHMEM
 /*
  * A memory area that is only addressable by the kernel through
  * mapping portions into its own address space. This is for example
  * used by i386 to allow the kernel to address the memory beyond
  * 900MB. The kernel will set up special mappings (page
  * table entries on i386) for each page that the kernel needs to
  * access.
  */
 ZONE_HIGHMEM,
#endif
 ZONE_MOVABLE,
#ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
 ZONE_DEVICE,
#endif
 __MAX_NR_ZONES

};

「page」：

代表一個(gè)物理頁(yè)，在內(nèi)核中一個(gè)物理頁(yè)用一個(gè)struct page表示。

「page frame」:

為了描述一個(gè)物理page，內(nèi)核使用struct page結(jié)構(gòu)來(lái)表示一個(gè)物理頁(yè)。假設(shè)一個(gè)page的大小是4K的，內(nèi)核會(huì)將整個(gè)物理內(nèi)存分割成一個(gè)一個(gè)4K大小的物理頁(yè)，而4K大小物理頁(yè)的區(qū)域我們稱為page frame

「page frame num(pfn)」 :

pfn是對(duì)每個(gè)page frame的編號(hào)。故物理地址和pfn的關(guān)系是：

物理地址>>PAGE_SHIFT = pfn

「pfn和page的關(guān)系」：

內(nèi)核中支持了好幾個(gè)內(nèi)存模型：CONFIG_FLATMEM（平坦內(nèi)存模型）CONFIG_DISCONTIGMEM（不連續(xù)內(nèi)存模型）CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP（稀疏的內(nèi)存模型）目前ARM64使用的稀疏的類型模式

/* memmap is virtually contiguous.  */
#define __pfn_to_page(pfn) (vmemmap + (pfn))
#define __page_to_pfn(page) (unsigned long)((page) - vmemmap)

系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)候，內(nèi)核會(huì)將整個(gè)struct page映射到內(nèi)核虛擬地址空間vmemmap的區(qū)域，所以我們可以簡(jiǎn)單的認(rèn)為struct page的基地址是vmemmap，則：

vmemmap+pfn的地址就是此struct page對(duì)應(yīng)的地址。