linux 内存管理之bootmem allocator

bootmem allocator是在页表和buddy算法可用之前的一个简单的内存管理机制，是linux内核早期启动过程中的一个过程，也是其他内存管理算法的祖先，其实现方法比较简单，我们只需了解其主要功能和工作原理即可，感觉不必深究。问题一： bootmem allocator管理的内存范围pfn=0 到 pfn=max_low_pfn, 即低端常规内存，通常指小于896M的内存。问题二：bootmem allocator 工作原理采用简单的映射关系：每 1 bit对应物理内存的一个page frame（页框）。因此，首先要申请一块内存作为映射的位图，位图大小= max_low_pfn/8个字节。 1 先把位图中所有bit置为1，表示对应的page frame不可用2 根据e820检测到的内存信息(e820.map[])，将类型为E820_RAM的page frame对应的位图中的位置为 0， 表示对应的page frame为空闲状态。3 将一部分应经被占用的page frame标记为1，表示为不可用的状态。主要包括： (1) 第一个page frame, 这个page frame有特殊的用途，如BIOS使用，smp某些操作。 (2) 保护模式内核,临时页表,bootmem allocator的位图表 (3) 其他一些特殊的page frame，如EBDA region,ACPI等等至此，bootmem allocator的初始化工作已经完成。问题三：bootmem allocator的功能1 在buddy算法之前，对linux内核的内存使用进行管理2 初始化node, zone, page体系，为buddy算法做准备3 建立buddy算法的管理结构，主要是将空闲page frame纳入buddy算法的管理体系 重点讲一下node, zone, page体系结构的建立过程： zone_sizes_init函数先确定不同类型zone的范围，然后在free_area_init_node初始化pglist_data(node),在x86体系结构下只有一个node即contig_page_data,接着初始化这个node中的zone, 再接着计算这个Node有多少个页面，最后向bootmem allocator申请这个多的page frame, 根据page frame来初始化相应数量的page 结构，但是这里仅仅是把所有的page的状态设置为保留，直到最后，内核会在函数free_all_bootmem_core中根据bootmem allocator位图中标识的page frame的状态来设置对应的page结构的状态。 完成了上面的node， zone，page体系结构的初始化后，buddy算法已经可以正确运行了。因为buddy算法主要使用了一个数据结构struct free_area free_area[MAX_ORDER], 这个数据结构正是在free_all_bootmem_core中每次调用__free_pages_bootmem(page, order)对每个页面进行释放，来完成对buddy系统的初始化的。 有关buddy算法的内容，参见《buddy系统的初始化》。