linux内存管理分析2.docx

1、linux内存管理分析2linux内存管理分析【二】 2012-11-19 21:09:22| 分类： 默认分类 | 标签： |字号大中小 订阅 2 内存管理系统建立过程为建立内存管理系统，在内核初始化过程中调用了下面几个函数：init/main.casmlinkage void _init start_kernel(void).初始化持久映射与临时映射的一些信息，后面持久映射和临时映射一节将详细讲解page_address_init();setup_arch是特定于体系架构的函数，负责初始化自举分配器和内核页表等。setup_arch(&command_line);.初始化per_cpu机制

2、的一些结构，将.data.percpu段中的数据拷贝到每个CPU的数据段中setup_per_cpu_areas();.建立结点和内存域之间的关系build_all_zonelists(NULL);. 停用自举分配器bootmem，迁移到实际的内存管理中，初始化slab分配器，初始化进程虚拟地址空间管理结构mm_init();.为每一个内存区域分配per_cpu_pageset结构并初始化其成员setup_per_cpu_pageset();.【start_kernel-setup_arch】arch/arm/kernel/setup.cvoid _init setup_arch(char *

3、cmdline_p)struct machine_desc *mdesc;内核参数可以通过平坦设备树或者tags由bootloader传递给内核。每一个机器平台都由一个struct machine_desc结构来描述，内核所支持的所有平台对应的machine_desc结构都包含在段.init.arch.info的 _arch_info_begin 到 _tagtable_end之间。但每一个平台都有其唯一的机器码machine_arch_type，可通过机器码在段.init.arch.info中找到对应的平台描述结构。 函数setup_machine_tags就是根据机器码找到对应的平台描述结

4、构，并且分析内核参数中内存相关的信息，用以初始化内存块管理结构membank。mdesc = setup_machine_fdt(_atags_pointer);if (!mdesc)mdesc = setup_machine_tags(machine_arch_type);machine_desc = mdesc;machine_name = mdesc-name;根据mdesc-dma_zone_size设置DMA区域的大小arm_dma_zone_size，和DMA区域的结束地址arm_dma_limitsetup_dma_zone(mdesc);结构struct mm_struct 管

5、理进程的虚拟地址空间，所有内核线程都使用共同的地址空间，因为他们都是用相同的地址映射，这个地址空间由init_mm来描述。_text 和_etext表示内核镜像代码段的起始和结束位置，_etext和_edata之间是已初始化数据段，_edata到_end是未初始化数据段等，_end之后便是堆区。init_mm.start_code = (unsigned long) _text;init_mm.end_code = (unsigned long) _etext;init_mm.end_data = (unsigned long) _edata;init_mm.brk = (unsigned l

6、ong) _end;内核命令行参数在函数setup_machine_tags获取并保存在了boot_command_line中strlcpy(cmd_line, boot_command_line, COMMAND_LINE_SIZE);*cmdline_p = cmd_line;分析命令行参数，主要关注一些与内存相关的东西parse_early_param();将内存块按从小到大排序sort(&meminfo.bank, meminfo.nr_banks, sizeof(meminfo.bank0), meminfo_cmp, NULL);扫描各个内存块，检测低端内存的最大值arm_lowm

7、em_limit，设置高端内存起始值的虚拟地址high_memorysanity_check_meminfo();将所有内存块添加到结构memblock的memory区中，将已使用的内存添加到reserved区中去。arm_memblock_init(&meminfo, mdesc);创建内核页表，初始化自举分配器paging_init(mdesc);内核中将许多物理资源用struct resource结构来管理，下面函数就是将IO内存作为resource注册到内核request_standard_resources(mdesc);.如果内核命令行中有预留用于内核crash是的转存空间，就将这

8、些存储空间标记为已分配 reserve_crashkernel();.【start_kernel-setup_arch-setup_machine_tags】arch/arm/kernel/setup.cstatic struct machine_desc * _init setup_machine_tags(unsigned int nr)struct tag *tags = (struct tag *)&init_tags;struct machine_desc *mdesc = NULL, *p;char *from = default_command_line;init_tags.me

9、m.start = PHYS_OFFSET;下面循环根据机器号在段.init.arch.info中寻找对应的machine_desc结构for_each_machine_desc(p)if (nr = p-nr) printk(Machine: %sn, p-name);mdesc = p;break;.Bootloader传入的参数地址存放在_atags_pointer中if (_atags_pointer)tags = phys_to_virt(_atags_pointer);else if (mdesc-atag_offset)tags = (void *)(PAGE_OFFSET +

10、mdesc-atag_offset);.内核参数是由struct tag来管理，其中第一个tag类型必然是ATAG_COREif (tags-hdr.tag != ATAG_CORE) .tags = (struct tag *)&init_tags;内核提供的一个默认参数列表函数mdesc-fixup中一般会获取内存块的信息if (mdesc-fixup)mdesc-fixup(tags, &from, &meminfo);if (tags-hdr.tag = ATAG_CORE) 如果内存块已经初始化，就将参数列表中关于内存的参数标记为ATAG_NONEif (meminfo.nr_ban

11、ks != 0)squash_mem_tags(tags);将参数列表拷贝到一个静态数组atags_copy中save_atags(tags);分析内核参数，后面细讲parse_tags(tags);将解析出来的内核命令行信息拷贝到静态数组boot_command_line中。在内核启动期间用了很多静态存储空间，它们前面缀有_initdata，像这样的空间在内核启动起来后将被释放strlcpy(boot_command_line, from, COMMAND_LINE_SIZE);return mdesc;【start_kernel-setup_arch-setup_machine_tags-

12、parse_tags】arch/arm/kernel/setup.cstatic void _init parse_tags(const struct tag *t)遍历参数列表中每一个参数结构for (; t-hdr.size; t = tag_next(t)if (!parse_tag(t).【start_kernel-setup_arch-setup_machine_tags-parse_tags-parse_tag】arch/arm/kernel/setup.cstatic int _init parse_tag(const struct tag *tag)extern struct

13、tagtable _tagtable_begin, _tagtable_end;struct tagtable *t;参数类型多种多样解析方式也各不相同，所有针对每一种参数类型都有一个对应的解析函数，这些解析函数和其参数类型由结构struct tagtable来管理。这些结构都存放在段.init.tagtable的_tagtable_begin和_tagtable_end之间。for (t = &_tagtable_begin; t hdr.tag = t-tag) t-parse(tag);break;return t u.mem.start, tag-u.mem.size);_tagtab

14、le(ATAG_MEM, parse_tag_mem32);【parse_tag_mem32-arm_add_memory】从ATAG_MEM参数中获取内存信息，初始化内存块管理结构int _init arm_add_memory(phys_addr_t start, unsigned long size)struct membank *bank = &meminfo.bankmeminfo.nr_banks;if (meminfo.nr_banks = NR_BANKS) printk(KERN_CRIT NR_BANKS too low, ignoring memory at 0x%08l

15、lxn, (long long)start);return -EINVAL;size -= start & PAGE_MASK;bank-start = PAGE_ALIGN(start);#ifndef CONFIG_LPAEif (bank-start + size start) size = ULONG_MAX - bank-start;#endifbank-size = size & PAGE_MASK;if (bank-size = 0)return -EINVAL;meminfo.nr_banks+;return 0;【start_kernel-setup_arch-sanity_

16、check_meminfo】arch/arm/mm/mmu.cvoid _init sanity_check_meminfo(void)int i, j, highmem = 0;遍历每一个内存块for (i = 0, j = 0; i start ULONG_MAX)highmem = 1;#ifdef CONFIG_HIGHMEMvmalloc_min在文件arch/arm/mm/mmu.c中定义，它定义了高端内存的起始位置。PAGE_OFFSET是物理位置的起始处。如果内存块起始位置大于vmalloc_min，表示存在高端内存。如果内存扩展超过32位，它就有可能小于PAGE_OFFSET

17、。if (_va(bank-start) = vmalloc_min |_va(bank-start) highmem = highmem;如果该内存块部分处于高端内存中，部分处于低端内存中就将其分为两个内存块。if (!highmem & _va(bank-start) size vmalloc_min - _va(bank-start) if (meminfo.nr_banks = NR_BANKS) . else memmove(bank + 1, bank,(meminfo.nr_banks - i) * sizeof(*bank);meminfo.nr_banks+;i+;bank1

18、.size -= vmalloc_min - _va(bank-start);bank1.start = _pa(vmalloc_min - 1) + 1;bank1.highmem = highmem = 1;j+;bank-size = vmalloc_min - _va(bank-start);#else 如果不支持高端内存做如下处理bank-highmem = highmem;if (highmem) .continue;if (_va(bank-start) = vmalloc_min |_va(bank-start) start + bank-size) vmalloc_min |

19、_va(bank-start + bank-size) start) unsigned long newsize = vmalloc_min - _va(bank-start);.bank-size = newsize;#endif求出低端内存的最大地址值if (!bank-highmem & bank-start + bank-size arm_lowmem_limit)arm_lowmem_limit = bank-start + bank-size;j+;.meminfo.nr_banks = j; 记录内存块数计算高端内存起始地址，该值不一定等于 vmalloc_min，因为可能没有高

20、端内存high_memory = _va(arm_lowmem_limit - 1) + 1;memblock_set_current_limit(arm_lowmem_limit);【start_kernel-setup_arch-arm_memblock_init】arch/arm/mm/init.cvoid _init arm_memblock_init(struct meminfo *mi, struct machine_desc *mdesc)int i;将所有内存模块添加到memblock.memory中。结构体memblock在文件mm/memblock.c中定义，如下：stru

21、ct memblock memblock _initdata_memblock = .memory.regions = memblock_memory_init_regions,.reserved.regions = memblock_reserved_init_regions,.;for (i = 0; i nr_banks; i+)memblock_add(mi-banki.start, mi-banki.size);如果内核在rom中运行就只将它的数据段开始的空间添加到memblock.reserved中，否则将内核代码段开始的空间添加到memblock.reserved中。#ifdef

22、 CONFIG_XIP_KERNELmemblock_reserve(_pa(_sdata), _end - _sdata);#elsememblock_reserve(_pa(_stext), _end - _stext);#endif#ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD如果支持initrd启动，此时它还不在内存中if (phys_initrd_size &!memblock_is_region_memory(phys_initrd_start, phys_initrd_size) pr_err(INITRD: 0x%08lx+0x%08lx is not a memor

23、y region - disabling initrdn,phys_initrd_start, phys_initrd_size);phys_initrd_start = phys_initrd_size = 0;if (phys_initrd_size &memblock_is_region_reserved(phys_initrd_start, phys_initrd_size) pr_err(INITRD: 0x%08lx+0x%08lx overlaps in-use memory region - disabling initrdn,phys_initrd_start, phys_i

24、nitrd_size);phys_initrd_start = phys_initrd_size = 0;为inird镜像预留一块存储区if (phys_initrd_size) memblock_reserve(phys_initrd_start, phys_initrd_size);initrd_start = _phys_to_virt(phys_initrd_start);initrd_end = initrd_start + phys_initrd_size;#endif为内核页表分配存储空间arm_mm_memblock_reserve();.【start_kernel-setup

25、_arch-paging_init】arch/arm/mm/mmu.cvoid _init paging_init(struct machine_desc *mdesc)void *zero_page;memblock_set_current_limit(arm_lowmem_limit);根据不同的arm版本初始化不同的mem_types，该结构存放着页表的一些属性相关信息build_mem_type_table();将除了内核镜像、主内存所在虚拟地址之外全部内存的页表清除掉prepare_page_table();为低端内存的所有区域创建内核页表map_lowmem();对DMA区域重新创

26、建页表dma_contiguous_remap();为设备IO空间和中断向量表创建页表，并刷新TLB和缓存devicemaps_init(mdesc);获取持久映射区页表的位置，存储在pkmap_page_table中kmap_init();高64K是用于存放中断向量表的top_pmd = pmd_off_k(0xffff0000);分配一个0页，该页用于写时复制机制。zero_page = early_alloc(PAGE_SIZE);初始化自举内存分配，后面有专门章节讲解bootmem_init();empty_zero_page = virt_to_page(zero_page);刷新数

27、据缓存_flush_dcache_page(NULL, empty_zero_page);【start_kernel-setup_arch-paging_init-prepare_page_table】arch/arm/mm/mmu.cstatic inline void prepare_page_table(void)unsigned long addr;phys_addr_t end;模块加载的范围应该是在MODULES_VADDR到MODULES_END之间，MODULES_VADDR在文件arch/arm/include/asm/memory.h中定义，如下：#define MODUL

28、ES_VADDR (PAGE_OFFSET - 8*1024*1024)对于arm处理器，该区域在正常内核虚拟地址之下。清除存储空间在MODULES_VADDR之下的页表项。for (addr = 0; addr MODULES_VADDR; addr += PMD_SIZE)pmd_clear(pmd_off_k(addr);#ifdef CONFIG_XIP_KERNELaddr = (unsigned long)_etext + PMD_SIZE - 1) & PMD_MASK;#endiffor ( ; addr = arm_lowmem_limit)end = arm_lowmem_