Linux内核源码分析之setup_arch (二)

1. 概述

接着上一篇《Linux内核源码分析之setup_arch (一)》继续分析，本文首先分析arm_memblock_init函数，然后分析内核启动阶段的是如何进行内存管理的。

2. arm_memblock_init

该函数的功能比较简单，主要就是把meminfo中记录的内存条信息添加到memblock.memory中，然后把内核镜像所在内存区域添加到memblock.reserved中，arm_mm_memblock_reserve把页表所在内存区域添加到memblock.reserved中；如果使用了设备树，则使用arm_dt_memblock_reserve来保留所占用的内存，最后则是调用CPU相关的mdesc->reserve，其对应的调用为cpu_mem_reserve，该函数定义在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

接下来就该执行paging_init函数了，在分析paging_init之前先来点内核启动阶段的内存管理相关的内容。从arm_memblock_init开始引入memblock数据结构，其作用是实现内核启动初期的内存管理功能，严格来说，其生命周期到paging_init::bootmem_init为止，memblock_alloc调用流程如下。

实际查找空闲内存的函数为memblock_find_in_range_node，而该函数中真正实现空闲内存查找的是for_each_free_mem_range_reverse这个宏定义。

/* 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;
}

该宏定义如下，然而其中又嵌套了一个函数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))

首先需要说明的是，memblock.reserved标识的区域表示的是已被占用的内存区域，memblock.memory中记录的是内存条信息。现在回到__next_free_mem_range_rev函数，代码段(1)_{(2)的目的是找出内存条上两个reserved区域之间的内存区域，即空闲区域。找到之后再经过代码段(3)对空闲区域的起始地址和结束地址进行修正，因为代码段(1)}(2)只能保证空闲区与当前内存条存在交集，并不能保证该空闲区域完全处于当前内存条之中，主要原因在于无法保证这两个reserved区域都在当前内存条上。

/* 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，空闲区域的查找基本就结束了，回到memblock_find_in_range_node函数中，再检查一下该区域的起始地址和结束地址是否合法等等，最终就申请到了所请求大小的内存区域，最后只需要将这块内存区域标记为reserved状态就结束了内存分配的整个过程了。

/* 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. 总结

• arm_memblock_init函数首先把记录在meminfo记录的内存条信息转移到memblock.memory中，然后把已经使用的内存区域记录到memblock.reserved中，主要包括内核镜像所占用区域、页表区域以及设备树；
• memblock_alloc通过memblock中的memory和reserved中记录的信息进行内存管理，每次申请到内存之后都在memblock.reserved中进行记录。