3.4.2 特定于体系结构的设置 （六）：注册活动内存区

任何一个体系结构，如果打算利用内核提供的一般性框架，则需要设置配置ARCH_POPULATES_NODE_MAP。在注册所有活动内存区后，其余的工作由通用的内核代码完成。

活动内存区就是不包含空洞的内存区。必须使用add_active_range在全局变量early_node_map中注册内存区。（在2.6.25中如此，3.18.3中已经找不到该变量及函数）

3.18.3内核：

start_kernel

->setup_arch

  ->machine_specific_memory_setup

  ->setup_memory

  ->paging_init

            ->zone_sizes_init();

 

2.6.25内核：

setup_arch

->setup_arch

->zone_sizes_init

->add_active_range

 

这里主要参考2.26.25版本内核。

当前注册的内存区数目记载在nr_nodemap_entries中。不同内存区的最大数目由MAX_ACTIVE_REGION给出。

  

/*
   * MAX_ACTIVE_REGIONS determines the maximum number of distinct
   * ranges of memory (RAM) that may be registered with add_active_range().
   * Ranges passed to add_active_range() will be merged if possible
   * so the number of times add_active_range() can be called is
   * related to the number of nodes and the number of holes
   */
  #ifdef CONFIG_MAX_ACTIVE_REGIONS
    /* Allow an architecture to set MAX_ACTIVE_REGIONS to save memory */
    #define MAX_ACTIVE_REGIONS CONFIG_MAX_ACTIVE_REGIONS
  #else
    #if MAX_NUMNODES >= 32
      /* If there can be many nodes, allow up to 50 holes per node */
      #define MAX_ACTIVE_REGIONS (MAX_NUMNODES*50)
    #else
      /* By default, allow up to 256 distinct regions */
      #define MAX_ACTIVE_REGIONS 256
    #endif
  #endif
 
static struct node_active_region __meminitdata early_node_map[MAX_ACTIVE_REGIONS];
void __init add_active_range(unsigned int nid, unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn);

如果不设置，在默认情况下内核允许每个内存结点注册256个活动内存区（如果在超过32个结点的系统上，允许每个NUMA结点注册50个内存区）。每个内存区由下列数据结构描述：

#ifdef CONFIG_ARCH_POPULATES_NODE_MAP
struct node_active_region {
        unsigned long start_pfn;
        unsigned long end_pfn;
        int nid;
};
#endif /* CONFIG_ARCH_POPULATES_NODE_MAP */

Start_pfn和end_pfn标记了一个连续内存区中的第一个和最后一个页帧，nid是该内存区所属结点的NUMA ID。UMA系统设置为0.

活动内存区是使用add_active_range注册的：

void __init add_active_range(unsigned int nid, unsigned long start_pfn,
                                                unsigned long end_pfn)
{       
        int i;
 
        printk(KERN_DEBUG "Entering add_active_range(%d, %lu, %lu) "
                          "%d entries of %d used\n",
                          nid, start_pfn, end_pfn,
                          nr_nodemap_entries, MAX_ACTIVE_REGIONS);
 
        /* Merge with existing active regions if possible */
        for (i = 0; i < nr_nodemap_entries; i++) {
                if (early_node_map[i].nid != nid)
                        continue;
        
                /* Skip if an existing region covers this new one */
                if (start_pfn >= early_node_map[i].start_pfn &&
                                end_pfn <= early_node_map[i].end_pfn)
                        return;
 
                /* Merge forward if suitable */
                if (start_pfn <= early_node_map[i].end_pfn &&
                                end_pfn > early_node_map[i].end_pfn) {
                        early_node_map[i].end_pfn = end_pfn;
                        return;
                }
 
                /* Merge backward if suitable */
                if (start_pfn < early_node_map[i].end_pfn &&
                                end_pfn >= early_node_map[i].start_pfn) {
                        early_node_map[i].start_pfn = start_pfn;
                        return;
                }
        }
 
        /* Check that early_node_map is large enough */
        if (i >= MAX_ACTIVE_REGIONS) {
                printk(KERN_CRIT "More than %d memory regions, truncating\n",
                                                        MAX_ACTIVE_REGIONS);
                return;
        }
 
        early_node_map[i].nid = nid;
        early_node_map[i].start_pfn = start_pfn;
        early_node_map[i].end_pfn = end_pfn;
        nr_nodemap_entries = i + 1;
}

在注册两个毗邻的内存区时，add_active_range会确保将他们合并为一个。此外，该函数不提供其他额外的功能特性。该函数在zone_sizes_init调用，zone_sizes_init函数以页帧为单位，存储了不同内存区的边界：

void __init zone_sizes_init(void)
{
        unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];
        memset(max_zone_pfns, 0, sizeof(max_zone_pfns));
        max_zone_pfns[ZONE_DMA] =
                virt_to_phys((char *)MAX_DMA_ADDRESS) >> PAGE_SHIFT;
        max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = max_low_pfn;
#ifdef CONFIG_HIGHMEM
        max_zone_pfns[ZONE_HIGHMEM] = highend_pfn;
        add_active_range(0, 0, highend_pfn);
#else
        add_active_range(0, 0, max_low_pfn);
#endif
 
        free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
}

MAX_DMA_ADDRESS是适用于DMA操作的最高内存地址。该常数声明为：

unsigned long MAX_DMA_ADDRESS = PAGE_OFFSET + 0x100000000UL;

物理内存页映射到PAGE_OFFSET开始的虚拟地址空间，而物理内存的前16MB适合于DMA操作，十六进制表示就是0x1000000字节。用virt_to_phys转换，可以获得物理内存地址，而右移PAGE_SHIFT位则相当于除以页大小，计算最后得到适用于DMA的页数。不出意料之外，在使用4KB页的IA-32系统上，结果是4096页。

Max_low_pfn和hignend_pfn是全局常量，分别指定了低端（如果按照3:1划分，通常<=896MB）和高端内存中最高的页号。

Free_area_init_nodes会合并early_mem_map和max_zone_pfns中的信息，其分别选择各个内存域中的活动内存区，并构建体系结构无关的数据结构。

在AMD64上注册内存区使用如下函数：

/* Walk the e820 map and register active regions within a node */
void __init    
e820_register_active_regions(int nid, unsigned long start_pfn,
                                                        unsigned long end_pfn)
{       
        unsigned long ei_startpfn;              
        unsigned long ei_endpfn;
        int i;
            
        for (i = 0; i < e820.nr_map; i++)
                if (e820_find_active_region(&e820.map[i],
                                            start_pfn, end_pfn,
                                            &ei_startpfn, &ei_endpfn))
                        add_active_range(nid, ei_startpfn, ei_endpfn);
}     

本质上，上述代码就是根据BIOS提供的信息遍历所有的内存区，并针对每个内存区找到活动内存区。这一点与IA-32对比是不同的，add_active_range可能会调用很多次。

Max_zone_pfns值的设置有paging_init处理：

#ifndef CONFIG_NUMA
void __init paging_init(void)
{
        unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];
 
        memset(max_zone_pfns, 0, sizeof(max_zone_pfns));
        max_zone_pfns[ZONE_DMA] = MAX_DMA_PFN;
        max_zone_pfns[ZONE_DMA32] = MAX_DMA32_PFN;
        max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = end_pfn;
 
        memory_present(0, 0, end_pfn);
        sparse_init();
        free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
}
#endif

16位和32位DMA内存域的页帧边界保存在预处理器符号中，分别对应于16MB和4GB转换为页帧的值。

#if defined(CONFIG_SGI_IP22) || defined(CONFIG_SGI_IP28)
/* don't care; ISA bus master won't work, ISA slave DMA supports 32bit addr */
#define MAX_DMA_ADDRESS         PAGE_OFFSET
#else
#define MAX_DMA_ADDRESS         (PAGE_OFFSET + 0x01000000)
#endif
#define MAX_DMA_PFN             PFN_DOWN(virt_to_phys((void *)MAX_DMA_ADDRESS))
#define MAX_DMA32_PFN           (1UL << (32 - PAGE_SHIFT))