拷贝可用内存区信息

5.2.1 拷贝可用内存区信息

首先setup_arch第一步要做的就是保存arch/x86/kernel/head_32.S初始化的new_cpu_data数据到boot_cpu_data中。new_cpu_data主要是保存CPU的相关信息，在哪儿初始化的？还记得我们在arch/x86/kernel/head_32.S中忽略过的checkCPUtype吗？就在那里，感兴趣的同学可以去探究一下。

 

784行，setup_memory_map()函数，进入start_kernel内核初始化函数中第一个内存管理函数就是由它来实现。

 

1204 void __init setup_memory_map(void) 1205 { 1206       char *who; 1207 1208       who = x86_init.resources.memory_setup(); 1209       memcpy(&e820_saved, &e820, sizeof(struct e820map)); 1210       printk(KERN_INFO "BIOS-provided physical RAM map:/n"); 1211       e820_print_map(who); 1212 }

 

setup_memory_map()最终调用x86_init.resources.memory_setup()实现对e820内存图的优化，并根据boot_params中 e820_map字段的值来设置全局变量e820的值。这个全局变量是一个e820map结构：

struct e820map {

       __u32 nr_map;

       struct e820entry map[E820_X_MAX];

};

还记得吗？我们在执行实模式下代码main函数的时候调用了一个detect_memory_e820()函数，当时该函数通过BIOS服务程序int 0x15获得系统启动后的所有可用空间，共有boot_params.e820_entries个可用空间，每块空间作为boot_params.e820_map[]数组的元素，存放着他们的起始地址、大小和元素。

 

这里说个题外话，探测一个PC机内存的最好方法是就是通过调用INT 0x15,eax = 0xe820来实现。这个功能在2002年以后被所有PC机所使用,这是唯一能够探测超过4G大小内存的方案，当然，这个方法也可以被认为是内存的最终检测方法。实际上，这个函数返回一个非排序列表，这个列表包含了那些没有使用的项，并且可能返回存在覆盖的区域。在linux中每个列表项被存放在ES:EDI指定的内存区域中。每个项均有一定的格式：即2个8字节字段，一个2字节字段。我们前面看见了，对于内存探测的实现由函数detect_memory_e820来实现的，在这个函数中，使用了一个do...while()循环来实现，并将所探测的内容写入boot_params.e820_map数组中。

 

那么，x86_init.resources.memory_setup()是个什么函数呢？在arch/x86/kernel/x86_init.c的32行，我们看到又有一个__initdata的定义：

 

32struct x86_init_ops x86_init __initdata = {   33   34        .resources = {   35                .probe_roms             = x86_init_noop,   36                .reserve_resources      = reserve_standard_io_resources,   37                .memory_setup           = default_machine_specific_memory_setup,   38        },   39   40        .mpparse = {   41                .mpc_record             = x86_init_uint_noop,   42                .setup_ioapic_ids       = x86_init_noop,   43                .mpc_apic_id            = default_mpc_apic_id,   44                .smp_read_mpc_oem       = default_smp_read_mpc_oem,   45                .mpc_oem_bus_info       = default_mpc_oem_bus_info,   46                .find_smp_config        = default_find_smp_config,   47                .get_smp_config         = default_get_smp_config,   48        },   49   50        .irqs = {   51                .pre_vector_init        = init_ISA_irqs,   52                .intr_init              = native_init_IRQ,   53                .trap_init              = x86_init_noop,   54        },   55   56        .oem = {   57                .arch_setup             = x86_init_noop,   58                .banner                 = default_banner,   59        },   60   61        .paging = {   62                .pagetable_setup_start  = native_pagetable_setup_start,   63                .pagetable_setup_done   = native_pagetable_setup_done,   64        },   65   66        .timers = {   67                .setup_percpu_clockev   = setup_boot_APIC_clock,   68                .tsc_pre_init           = x86_init_noop,   69                .timer_init             = hpet_time_init,   70        },   71   72        .iommu = {   73                .iommu_init             = iommu_init_noop,   74        },   75   76        .pci = {   77                .init                   = x86_default_pci_init,   78                .init_irq               = x86_default_pci_init_irq,   79                .fixup_irqs             = x86_default_pci_fixup_irqs,   80        },   81};

 

这里，跟其他__initdata数据一样，在编译的时候就存放在init数据区了。那么x86_init.resources.memory_setup也就是37行的那个default_machine_specific_memory_setup函数了。所以我们看到这个函数：

 

1166char *__init default_machine_specific_memory_setup(void) 1167{ 1168        char *who = "BIOS-e820"; 1169        u32 new_nr; 1170        /* 1171         * Try to copy the BIOS-supplied E820-map. 1172         * 1173         * Otherwise fake a memory map; one section from 0k->640k, 1174         * the next section from 1mb->appropriate_mem_k 1175         */ 1176        new_nr = boot_params.e820_entries; 1177        sanitize_e820_map(boot_params.e820_map, 1178                        ARRAY_SIZE(boot_params.e820_map), 1179                        &new_nr); 1180        boot_params.e820_entries = new_nr; 1181        if (append_e820_map(boot_params.e820_map, boot_params.e820_entries) 1182          < 0) { 1183                u64 mem_size; 1184 1185                /* compare results from other methods and take the greater */ 1186                if (boot_params.alt_mem_k 1187                    < boot_params.screen_info.ext_mem_k) { 1188                        mem_size = boot_params.screen_info.ext_mem_k; 1189                        who = "BIOS-88"; 1190                } else { 1191                        mem_size = boot_params.alt_mem_k; 1192                        who = "BIOS-e801"; 1193                } 1194 1195                e820.nr_map = 0; 1196                e820_add_region(0, LOWMEMSIZE(), E820_RAM); 1197                e820_add_region(HIGH_MEMORY, mem_size << 10, E820_RAM); 1198        } 1199 1200        /* In case someone cares... */ 1201        return who; 1202}

 

首先1177行为所有可用内存区空间进行“消毒”。至于sanitize“消毒”算法，有兴趣的同学，特别是对信息安全感兴趣的同学可以去研究一下。最重点的是1181行调用append_e820_map函数，将boot_params.e820_map[]数组中所有的内存区物理信息拷贝到全局数据e820中，最终返回"BIOS-e820"字符串，赋给setup_memory_map()函数中的内部变量who。

 

之后setup_memory_map函数将e820的数据保存到e820_saved中，相当于备份。最后调用e820_print_map打印出内存分布图，注意这里，e820.nr_map就是可以的内存区的数量：

 

151void __init e820_print_map(char *who)  152{  153        int i;  154  155        for (i = 0; i < e820.nr_map; i++) {  156                printk(KERN_INFO " %s: %016Lx - %016Lx ", who,  157                       (unsigned long long) e820.map[i].addr,  158                       (unsigned long long)  159                       (e820.map[i].addr + e820.map[i].size));  160                e820_print_type(e820.map[i].type);  161                printk(KERN_CONT "/n");  162        }  163}

 

793~796行，调用系统编译生成的数据来初始化init_mm的start_code、end_code、end_data以及.brk等字段；同时也初始化code_resource的start、end字段和data_resource的start、end字段以及bss_resource的start、end字段。这个init_mm还记得吗？初始化0号进程的时候，它的task_struct的active_mm就被赋成了这个。它是一个mm_struct结构，在编译vmlinux的时候就只给他初始化了一下字段：

struct mm_struct init_mm = {

       .mm_rb          = RB_ROOT,

       .pgd        = swapper_pg_dir,

       .mm_users      = ATOMIC_INIT(2),

       .mm_count     = ATOMIC_INIT(1),

       .mmap_sem    = __RWSEM_INITIALIZER(init_mm.mmap_sem),

       .page_table_lock =  __SPIN_LOCK_UNLOCKED(init_mm.page_table_lock),

       .mmlist          = LIST_HEAD_INIT(init_mm.mmlist),

       .cpu_vm_mask       = CPU_MASK_ALL,

};

 

 

 

 

这里初始化它的start_code、end_code、end_data以及.brk等字段分别为_text、_etext、_edata和_brk_end，是一步极其重要的过程，表明了当前0号进程进程的虚拟内存技术就可以用了。至于后面那几个resource，通过870~872行代码将其作为一个IO resource保存起来，有关IO端口的相关知识，请查阅博客“Linux I/O体系结构”。