Linux内核源码分析之setup_arch (四)

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前言

Linux内核源码分析之setup_arch (三) 基本上把setup_arch主要的函数都分析了，由于距离上一篇时间比较久了，所以这里重新贴一下大致的流程图，本文主要分析的是bootmem_init函数。

代码分析

bootmem_init函数的结构如下：

find_limits通过存储在meminfo中的内存条信息得到低端内存和高端内存的页框编号，分别放入到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对低端内存区域进行管理，流程图如下：

在通过find_limits得到内存的起止页框号之后，通过bootmem_bootmap_pages计算得到需要分配bitmap的大小，分配好bitmap之后调用init_bootmem_node将起止页框号和bitmap信息写入到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);
  ...
}

最后就是把memblock管理的内存移交给bootmem来管理，对于memblock中的空闲区域通过free_bootmem将bitmap中对应的bit置零，而已经使用的内存，即memblock中对应的reserved的区域使用reserve_bootmem将bitmap中对应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);
 }
}

在设置好bitmap之后，接下来开始分配对应的page结构体，在分配page结构体内存之前，先统计出各个zone区域内的内存空洞，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);
}

统计好内存空洞之后开始分配page结构体所需要的内存空间，大致流程如下：

calculate_node_totalpages通过zones_size和zholes_size计算出内存页总数和真正可用的内存页数量，分别记录在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根据pgdat->node_spanned_pages的大小确定需要分配的page结构体数量，这其中包括了内存空洞部分的区域，分配好之后将起始地址记录到pgdat->node_mem_map中，同时也记录在全局变量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;
 ...
}

最后通过free_area_init_core初始化page结构体，大致流程如下：

主要作用是设置每个zone结构体的信息，比如zone的可用空间大小等信息，并把每个zone的page结构体初始化，记录自己所属的zone和node_id，同时把page结构体状态设置为PG_reserved，这里是无差别的设置的，至于空闲的内存页会在后续的mm_init::mem_init::free_all_bootmem中重新释放出来；另外，SetPageReserved是通过宏声明的，所以是无法找到该函数的，其定义在page-flags.h中。

总结

bootmem_init函数的作用是分配bitmap和page结构体所需要的空间，同时把已使用的和空闲的内存区域都标记到bitmap中，然后更新每个zone的内存信息，并把属于每个zone内存空间对应的page结构体进行初始化，且全部都设置为PG_reserved状态。