关于linux内存初始化的几个疑问

Tracymacding

最近研究下linux的内存管理机制，总体上来说，虽然内存管理比较繁琐，但思想还是比较容易掌握，只是在内存管理初始化的时候，有几个问题，理解的时候有困惑，希望路过的牛人们指点一二：


1.系统启动之初，尚未开启分页机制，内核映像会被加载到1MB开始的物理内存处，此时会建立临时的页表，为了后面开启分页机制之用，而且根据资料叙述，好像这个临时的页目录表swapout_dir是被安放在物理内存1MB+4KB的位置，在页目录表之上是2个页表，pg0和pg1，用来映射物理地址0~8MB的空间。我的理解是否正确？？

2.在内存管理使用伙伴系统之前，Linux使用了一种叫bootmem分配器(bootmem allocator)的机制，它为整个物理内存建立起一个页面位图，这里的疑问是：这个页面位图到底存放在物理内存的什么地方？紧接着1中设置的pg1存放？建立起来的页面位图中包含了所有物理的内存信息，而且在此之后会将一些物理页面设置为保留，具体哪些物理页面会被设置为保留？(是不是内核映像+页目录表+pg0,pg1两个页表+页面位图占据的空间？)

3.完成上面2的内存信息统计之后，会进行物理页面的映射，将所有的物理页面映射到内核空间中(3G~4G的地址空间)，因为前面已经映射了0~8MB的物理地址空间，在这里的时候会不会被重新映射？

非常感谢各位，希望大家能解决我的困惑

lixx99

支持一下先，

瀚海书香

回复 1# Tracymacding
1.系统启动之初，尚未开启分页机制，内核映像会被加载到1MB开始的物理内存处，此时会建立临时的页表，为了后面开启分页机制之用，而

且根据资料叙述，好像这个临时的页目录表swapout_dir是被安放在物理内存1MB+4KB的位置，在页目录表之上是2个页表，pg0和pg1，用来映

射物理地址0~8MB的空间。我的理解是否正确？？

你这儿的swapout_dir，应该是swapper_pg_dir。在之前的内核中好像是固定在内核加载位置+偏移0x1000，比如内核加载在0x100000,那么

swapper_pg_dir=0x101000。后来内核不知从那个版本就改动了，比如2.6.24内核中，swapper_pg_dir放在了bss起始位置了。定义如下：

1. /*
   
2. * BSS section
   
3. */
   
4. .section ".bss.page_aligned","wa"
   
5.         .align PAGE_SIZE_asm
   
6. ENTRY(swapper_pg_dir)
   
7.         .fill 1024,4,0
   
8. ENTRY(swapper_pg_pmd)
   
9.         .fill 1024,4,0
   
10. ENTRY(empty_zero_page)
    
11.         .fill 4096,1,0

复制代码

2.在内存管理使用伙伴系统之前，Linux使用了一种叫bootmem分配器(bootmem allocator)的机制，它为整个物理内存建立起一个页面位图，

这里的疑问是：这个页面位图到底存放在物理内存的什么地方？紧接着1中设置的pg1存放？建立起来的页面位图中包含了所有物理的内存信

息，而且在此之后会将一些物理页面设置为保留，具体哪些物理页面会被设置为保留？(是不是内核映像+页目录表+pg0,pg1两个页表+页面位

图占据的空间？)

bootmem放在内核加载位置之后。被保留的页包括：内核使用的页、bootmem自己使用的页、特定体系机构需要保留的页，至于精确的那些页

，在x86中可以通过BIOS支持。

3.完成上面2的内存信息统计之后，会进行物理页面的映射，将所有的物理页面映射到内核空间中(3G~4G的地址空间)，因为前面已经映射了

0~8MB的物理地址空间，在这里的时候会不会被重新映射？

会重新映射。代码如下：

1. static void __init kernel_physical_mapping_init(pgd_t *pgd_base)
   
2. {
   
3.         unsigned long pfn;
   
4.         pgd_t *pgd;
   
5.         pmd_t *pmd;
   
6.         pte_t *pte;
   
7.         int pgd_idx, pmd_idx, pte_ofs;
   
8. 
   
9.         pgd_idx = pgd_index(PAGE_OFFSET);
   
10.         pgd = pgd_base + pgd_idx;
    
11.         pfn = 0;
    
12. 
    
13.         for (; pgd_idx < PTRS_PER_PGD; pgd++, pgd_idx++) {
    
14.                 pmd = one_md_table_init(pgd);
    
15.                 if (pfn >= max_low_pfn)
    
16.                         continue;
    
17.                 for (pmd_idx = 0; pmd_idx < PTRS_PER_PMD && pfn < max_low_pfn; pmd++, pmd_idx++) {
    
18.                         unsigned int address = pfn * PAGE_SIZE + PAGE_OFFSET;
    
19. 
    
20.                         /* Map with big pages if possible, otherwise create normal page tables. */
    
21.                         if (cpu_has_pse) {
    
22.                                 unsigned int address2 = (pfn + PTRS_PER_PTE - 1) * PAGE_SIZE + PAGE_OFFSET + PAGE_SIZE-1;
    
23.                                 if (is_kernel_text(address) || is_kernel_text(address2))
    
24.                                         set_pmd(pmd, pfn_pmd(pfn, PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC));
    
25.                                 else
    
26.                                         set_pmd(pmd, pfn_pmd(pfn, PAGE_KERNEL_LARGE));
    
27. 
    
28.                                 pfn += PTRS_PER_PTE;
    
29.                         } else {
    
30.                                 pte = one_page_table_init(pmd);
    
31. 
    
32.                                 for (pte_ofs = 0;
    
33.                                      pte_ofs < PTRS_PER_PTE && pfn < max_low_pfn;
    
34.                                      pte++, pfn++, pte_ofs++, address += PAGE_SIZE) {
    
35.                                         if (is_kernel_text(address))
    
36.                                                 set_pte(pte, pfn_pte(pfn, PAGE_KERNEL_EXEC));
    
37.                                         else
    
38.                                                 set_pte(pte, pfn_pte(pfn, PAGE_KERNEL));
    
39.                                 }
    
40.                         }
    
41.                 }
    
42.         }
    
43. }

复制代码

个人观点，如有不对，欢迎指正。

Tracymacding

回复 3# 瀚海书香

首先，非常感谢斑竹的解答。看完你的解答后我还有两个疑问：

1.bootmem占用的物理空间是从什么地方开始？是不是紧接着swapper_dir_pg和pg0+pg1的这些页面存放？

2.既然在初始已经映射了0~8MB的物理地址空间，为什么还要在函数kernel_physical_mapping_init()中重新映射这8MB的空间呢?

瀚海书香

1.bootmem占用的物理空间是从什么地方开始？是不是紧接着swapper_dir_pg和pg0+pg1的这些页面存放？

2.既然在初始已经映射了0~8MB的物理地址空间，为什么还要在函数kernel_physical_mapping_init()中重新映射这8MB的空间呢?

回复 4# Tracymacding


  1.bootmem在内核加载位置之后，也就是0x10000+kernel_code+kernel_data+kernel_bss。确切的说应该在_end处。
  2. 本身前8M的映射就是一个简单的物理偏移，重新映射也不麻烦啊。

embeddedlwp

bootmem放在内核加载位置之后。被保留的页包括：内核使用的页、bootmem自己使用的页、特定体系机构需要保留的页，至于精确的那些页

，在x86中可以通过BIOS支持。

我看的是Linux 2.6.11,bootmem 的bitmap放在_end之后的那个页，在bootmem初始化完自己后，保留了kernel镜像占的page，bitmap占的page，大小为 (end_pfn-start_pfn+7)/8，page 0(第一个page，而不是pg0)，特定体系机构需要保留的页。

在bootmem把page交由buddy system接管时，bootmem 的bitmap占用的空间会被释放，kernel镜像占的page，page 0(第一个page，而不是pg0)，特定体系机构需要保留的页仍然会被保留。bootmem的代码和数据全部被释放，可以看一下bootmem 的所有函数前都有 __init。


哪里不正确欢迎指正！