linux启动内存分配器

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linux启动内存分配器

linux启动内存分配器是在伙伴系统、slab机制实现之前，为满足内核中内存的分配而建立的。本身的机制比较简单，使用位图来进行标志分配和释放。

一、数据结构介绍

1，保留区间

因为在建立启动内存分配器的时候，会涉及保留内存。也就是说，之前保留给页表、分配器本身（用于映射的位图）、io等得内存在分配器建立后，当用它来分配内存空间时，保留出来的那些部分就不能再分配了。linux中对保留内存空间的部分用下列数据结构表示

1. view plaincopy to clipboardprint?/*
   
2. * Early reserved memory areas.
   
3. */  
   
4. #define MAX_EARLY_RES 20/*保留空间最大块数*/   
   
5.   
   
6. struct early_res {/*保留空间结构*/  
   
7.     u64 start, end;  
   
8.     char name[16];  
   
9.     char overlap_ok;  
   
10. };  
    
11. /*保留内存空间全局变量*/  
    
12. static struct early_res early_res[MAX_EARLY_RES] __initdata = {  
    
13.     { 0, PAGE_SIZE, "BIOS data page" }, /* BIOS data page */  
    
14.     {}  
    
15. };  
    
16. /*
    
17. * Early reserved memory areas.
    
18. */
    
19. #define MAX_EARLY_RES 20/*保留空间最大块数*/
    
20. 
    
21. struct early_res {/*保留空间结构*/
    
22.         u64 start, end;
    
23.         char name[16];
    
24.         char overlap_ok;
    
25. };
    
26. /*保留内存空间全局变量*/
    
27. static struct early_res early_res[MAX_EARLY_RES] __initdata = {
    
28.         { 0, PAGE_SIZE, "BIOS data page" },        /* BIOS data page */
    
29.         {}
    
30. };2，bootmem分配器
    
31. 
    
32. 
    
33. view plaincopy to clipboardprint?/*
    
34. * node_bootmem_map is a map pointer - the bits represent all physical  
    
35. * memory pages (including holes) on the node.
    
36. */  
    
37. /*用于bootmem分配器的节点数据结构*/  
    
38. typedef struct bootmem_data {  
    
39.     unsigned long node_min_pfn;/*存放bootmem位图的第一个页面（即内核映象结束处的第一个页面）。*/  
    
40.     unsigned long node_low_pfn;/*物理内存的顶点，最高不超过896MB。*/  
    
41.     void *node_bootmem_map;  
    
42.     unsigned long last_end_off;/*用来存放在前一次分配中所分配的最后一个字节相对于last_pos的位移量*/  
    
43.     unsigned long hint_idx;/*存放前一次分配的最后一个页面号*/  
    
44.     struct list_head list;  
    
45. } bootmem_data_t;  
    
46. /*
    
47. * node_bootmem_map is a map pointer - the bits represent all physical
    
48. * memory pages (including holes) on the node.
    
49. */
    
50. /*用于bootmem分配器的节点数据结构*/
    
51. typedef struct bootmem_data {
    
52.         unsigned long node_min_pfn;/*存放bootmem位图的第一个页面（即内核映象结束处的第一个页面）。*/
    
53.         unsigned long node_low_pfn;/*物理内存的顶点，最高不超过896MB。*/
    
54.         void *node_bootmem_map;
    
55.         unsigned long last_end_off;/*用来存放在前一次分配中所分配的最后一个字节相对于last_pos的位移量*/
    
56.         unsigned long hint_idx;/*存放前一次分配的最后一个页面号*/
    
57.         struct list_head list;
    
58. } bootmem_data_t;

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全局链表

1. view plaincopy to clipboardprint?static struct list_head bdata_list __initdata = LIST_HEAD_INIT(bdata_list);  
   
2. static struct list_head bdata_list __initdata = LIST_HEAD_INIT(bdata_list);

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二、启动分配器的建立

启动分配器的建立主要的流程为初始化映射位图、活动内存区的映射位置0（表示可用）、保留内存区域处理，其中保留区存放在上面介绍的全局数组中，这里只是将分配器中对应映射位图值1，表示已经分配。

下面我们看内核中具体的初始化流程。

1. start_kernel()->setup_arch()->initmem_init()
   
2. 
   
3. 
   
4. view plaincopy to clipboardprint?void __init setup_arch(char **cmdline_p)  
   
5. {  
   
6.           .......  
   
7. <span style="white-space: pre; "> </span>/*此函数在开始对bootmem分配制度建立做些准备工作  
   
8.     然后调用相关函数建立bootmem分配制度*/  
   
9.     initmem_init(0, max_pfn);  
   
10.           .......  
    
11. }            
    
12. void __init setup_arch(char **cmdline_p)
    
13. {
    
14.           .......
    
15. <span style="white-space: pre; ">        </span>/*此函数在开始对bootmem分配制度建立做些准备工作
    
16.         然后调用相关函数建立bootmem分配制度*/
    
17.         initmem_init(0, max_pfn);
    
18.           .......
    
19. }           
    
20. view plaincopy to clipboardprint?<span style="font-family: Arial, Verdana, sans-serif; "><span style="white-space: normal; "></span></span>  
    
21. <span style="font-family: Arial, Verdana, sans-serif; "><span style="white-space: normal; "></span></span>view plaincopy to clipboardprint?<span style="font-family: Arial, Verdana, sans-serif; "><span style="white-space: normal; "></span></span><pre name="code" class="cpp">void __init initmem_init(unsigned long start_pfn,  
    
22.                   unsigned long end_pfn)  
    
23. {  
    
24. #ifdef CONFIG_HIGHMEM  
    
25.     highstart_pfn = highend_pfn = max_pfn;  
    
26.     if (max_pfn > max_low_pfn)  
    
27.         highstart_pfn = max_low_pfn;  
    
28.     /*将活动内存放到early_node_map中,前面已经分析过了*/  
    
29.     e820_register_active_regions(0, 0, highend_pfn);  
    
30.     /*设置上面变量中的内存为当前，在这里没有  
    
31.     设置相关的宏*/  
    
32.     sparse_memory_present_with_active_regions(0);  
    
33.     printk(KERN_NOTICE "%ldMB HIGHMEM available.\n",  
    
34.         pages_to_mb(highend_pfn - highstart_pfn));  
    
35.     num_physpages = highend_pfn;  
    
36.     /*高端内存开始地址物理*/  
    
37.     high_memory = (void *) __va(highstart_pfn * PAGE_SIZE - 1) + 1;  
    
38. #else  
    
39.     e820_register_active_regions(0, 0, max_low_pfn);  
    
40.     sparse_memory_present_with_active_regions(0);  
    
41.     num_physpages = max_low_pfn;  
    
42.     high_memory = (void *) __va(max_low_pfn * PAGE_SIZE - 1) + 1;  
    
43. #endif  
    
44. #ifdef CONFIG_FLATMEM  
    
45.     max_mapnr = num_physpages;  
    
46. #endif  
    
47.     __vmalloc_start_set = true;  
    
48.   
    
49.     printk(KERN_NOTICE "%ldMB LOWMEM available.\n",  
    
50.             pages_to_mb(max_low_pfn));  
    
51.     /*安装bootmem分配器，此分配器在伙伴系统起来之前  
    
52.     用来进行承担内存的分配等管理*/  
    
53.     setup_bootmem_allocator();  
    
54. }  
    
55. <span style="font-family: Arial, Verdana, sans-serif; "><span style="white-space: normal; "></span></span><pre name="code" class="cpp">void __init initmem_init(unsigned long start_pfn,
    
56.                                   unsigned long end_pfn)
    
57. {
    
58. #ifdef CONFIG_HIGHMEM
    
59.         highstart_pfn = highend_pfn = max_pfn;
    
60.         if (max_pfn > max_low_pfn)
    
61.                 highstart_pfn = max_low_pfn;
    
62.         /*将活动内存放到early_node_map中,前面已经分析过了*/
    
63.         e820_register_active_regions(0, 0, highend_pfn);
    
64.         /*设置上面变量中的内存为当前，在这里没有
    
65.         设置相关的宏*/
    
66.         sparse_memory_present_with_active_regions(0);
    
67.         printk(KERN_NOTICE "%ldMB HIGHMEM available.\n",
    
68.                 pages_to_mb(highend_pfn - highstart_pfn));
    
69.         num_physpages = highend_pfn;
    
70.         /*高端内存开始地址物理*/
    
71.         high_memory = (void *) __va(highstart_pfn * PAGE_SIZE - 1) + 1;
    
72. #else
    
73.         e820_register_active_regions(0, 0, max_low_pfn);
    
74.         sparse_memory_present_with_active_regions(0);
    
75.         num_physpages = max_low_pfn;
    
76.         high_memory = (void *) __va(max_low_pfn * PAGE_SIZE - 1) + 1;
    
77. #endif
    
78. #ifdef CONFIG_FLATMEM
    
79.         max_mapnr = num_physpages;
    
80. #endif
    
81.         __vmalloc_start_set = true;
    
82. 
    
83.         printk(KERN_NOTICE "%ldMB LOWMEM available.\n",
    
84.                         pages_to_mb(max_low_pfn));
    
85.         /*安装bootmem分配器，此分配器在伙伴系统起来之前
    
86.         用来进行承担内存的分配等管理*/
    
87.         setup_bootmem_allocator();
    
88. }

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第一夫人

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