Linux內(nèi)存管理:memblock

內(nèi)存管理是操作系統(tǒng)內(nèi)核中最復(fù)雜的部分之一， start_kernel函數(shù)在內(nèi)核啟動(dòng)第一個(gè)init進(jìn)程前初始化了所有的內(nèi)核特性（包括那些依賴于不同架構(gòu)的特性），你也許還記得引導(dǎo)時(shí)創(chuàng)立的臨時(shí)頁(yè)表，但復(fù)雜的內(nèi)存管理部分還沒有開始，當(dāng)start_kernel函數(shù)被調(diào)用時(shí)，我們會(huì)看到初期內(nèi)存管理到更復(fù)雜的內(nèi)存管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和技術(shù)的轉(zhuǎn)變，為了更好的理解內(nèi)核的初始化過程，我們需要對(duì)這些技術(shù)有更清晰的理解，今天我們會(huì)著重討論這個(gè)過程，主要針對(duì)初期的內(nèi)存管理memblock的介紹。

首先我們知道在內(nèi)核啟動(dòng)后，對(duì)于內(nèi)存，分成好幾塊：

內(nèi)存中的某些部分使永久分配給內(nèi)核的，例如代碼段和數(shù)據(jù)段、ramdisk和dtb占用的空間、臨時(shí)頁(yè)表和設(shè)備數(shù)中的保留區(qū)域等，是系統(tǒng)內(nèi)存的一部分，不能被侵占，也不參與內(nèi)存的分配，稱之為靜態(tài)內(nèi)存；

GPU/camera/多核共享的內(nèi)存都需要預(yù)留大量連續(xù)內(nèi)存，這部分內(nèi)存平時(shí)不使用，但是必須為各個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景預(yù)留，這樣的內(nèi)存稱之為預(yù)留內(nèi)存；

內(nèi)存其余的部分，是需要內(nèi)核管理的內(nèi)存，稱之為動(dòng)態(tài)內(nèi)存；

那么memblock就是將以上內(nèi)存按功能劃分為若干內(nèi)存區(qū)，使用不同的類型存放在memory和reserved的兩個(gè)集合中，memory即為動(dòng)態(tài)內(nèi)存，而resvered包括靜態(tài)內(nèi)存等。

memblock是什么

memblock介紹

memblock即linux啟動(dòng)后kernel管理內(nèi)存空間抽象出來的結(jié)構(gòu)，此時(shí)buddy系統(tǒng)和slab分配器等并沒有初始化，當(dāng)需要執(zhí)行一些內(nèi)存管理、內(nèi)存分配的任務(wù)，此時(shí)就是有初期的管理模塊memblock機(jī)制。在mm_init中會(huì)建立內(nèi)核的內(nèi)存分配器，停用memblock，釋放內(nèi)存給伙伴系統(tǒng)和slab分配器。memblock是bootmem的升級(jí)版本，在config中配置:CONFIG_NO_BOOTMEM=Y。

需要的結(jié)構(gòu)體

第一個(gè)結(jié)構(gòu)體的名字就叫做 memblock。它的定義如下：

struct memblock {
         bool bottom_up;
         phys_addr_t current_limit;
         struct memblock_type memory;   --> array of memblock_region
         struct memblock_type reserved; --> array of memblock_region
#ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_PHYS_MAP
         struct memblock_type physmem;
#endif
};

這個(gè)結(jié)構(gòu)體包含五個(gè)域。第一個(gè) bottom_up 域置為 true 時(shí)允許內(nèi)存以自底向上模式進(jìn)行分配。下一個(gè)域是 current_limit。這個(gè)域描述了內(nèi)存塊的尺寸限制。接下來的三個(gè)域描述了內(nèi)存塊的類型。內(nèi)存塊的類型可以是：被保留、內(nèi)存和物理內(nèi)存( CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_PHYS_MAP 編譯配置選項(xiàng)被開啟)。

接下來我們可以看看下一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)memblock_type,定義如下：

struct memblock_type {
 unsigned long cnt;
 unsigned long max;
 phys_addr_t total_size;
 struct memblock_region *regions;
};

memblock_region 提供了內(nèi)存區(qū)域的基址和大小，如果 CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP 編譯配置選項(xiàng)被開啟， memblock_region 結(jié)構(gòu)體也提供了整數(shù)域 - numa 節(jié)點(diǎn)選擇器。flags 域可以是：

/* Definition of memblock flags. */
enum memblock_flags {
 MEMBLOCK_NONE  = 0x0, /* No special request */
 MEMBLOCK_HOTPLUG = 0x1, /* hotpluggable region */
 MEMBLOCK_MIRROR  = 0x2, /* mirrored region */
 MEMBLOCK_NOMAP  = 0x4, /* don't add to kernel direct mapping */
};

以上的關(guān)系如圖所示：