Linux内存分析(1) -- 高端内存初试化

来源：互联网发布：怎么用js编写拖拽插件编辑：程序博客网时间：2024/04/28 22:11

第一节 Start_kernel之前

要分析内存，先从uboot开始，关于uboot的TAG属性传递，可以参考第九章第一节。

随后进入内核启动的汇编代码部分(arch\arm\kernel\head.s)，在检查完CPU型号和机器型号之后，便调用__create_page_tables函数进行一级页表的初始化设置。具体的代码分析见head.s中对应的代码。

这里需要说明的是

pgtbl r4

这个宏：

.macro pgtbl, rd

ldr \rd, =(KERNEL_RAM_PADDR - 0x4000) //16K

.endm

#define KERNEL_RAM_PADDR (PHYS_OFFSET + TEXT_OFFSET)

其中PHYS_OFFSET为RAM的物理开始地址

TEXT_OFFSET在makefile文件中定位为8000，即32K地址处。

启动linux后，16K的区域开始放一级页表。而0~16K区域为空。

第二节 Start_kernel中的内存初始化

一、page_address_init()

该函数负责初始化高端内存，具体的文件实现在mm\highmem.c中。所以我们可以先跳进该文件去阅读他的代码。

小结：

1、这个文件主要是初始化高端内存链表的，由于我们分析的ARM中没有起用高端内存，所以这个文件中的代码基本没意义。
2、关于哈希表，实际就是将要查的值一个常数，然后取高N位，即对应了该节点在哈希表的位置，而至于这个常数，取值则与数学有关，这里不打算深究。
3、关于管理高端内存所需要用到的一个全局链表为page_address_pool，即空闲链表，初始化时挂上了全部的永久地址映射数组page_address_maps[LAST_PKMAP]；
4、映射一块高端内存时，从page_address_pool中取出一个page_address_maps元素，设置好page和虚拟地址后，将其挂到哈系表page_address_htable数组中(lh成员下)。
5、释放一块高端内存的操作与映射相反，根据page算出在哈希表page_address_htable的下标，然后遍历该下标对应的链表取出对应的page_address_map节点，将该节点返回给page_address_pool中

引出的函数：
EXPORT_SYMBOL(page_address)
void       page_address(struct page     page)
//返回page描述符所影射的虚地址 – page在管理页中，返回的是二级页表指的地址

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#define PA_HASH_ORDER      7           //哈希表长度为7

struct      page_address_map {
       struct page            page;
       void                     virtual;
       struct list_head      list;               //链表节点，挂载在page_address_slot结构体中
};

static struct list_head     page_address_pool;       //空闲链表
static spinlock_t            pool_lock;                   //空闲链表的锁

/
* Hash table bucket
/
static struct    page_address_slot {
       struct list_head      lh;                //page_address_map的宿主链表
       spinlock_t             lock;                    //锁
} ____cacheline_aligned_in_smp        page_address_htable[1<<PA_HASH_ORDER];
//一共有128个哈希链表

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//start_kernel中调用
static      struct page_address_map      page_address_maps[LAST_PKMAP];
//通过各方资料查知LAST_PKMAP为1K，用于永久地址映射

void       __init     page_address_init(void)
{
       int i;

       INIT_LIST_HEAD(&page_address_pool);         //空闲链表挂空

      //将节点挂到空闲链表上
       for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(page_address_maps); i++)
              list_add(&page_address_maps[i].list, &page_address_pool);

       for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(page_address_htable); i++) {
              INIT_LIST_HEAD(&page_address_htable[i].lh);             //挂空宿主链表
              spin_lock_init(&page_address_htable[i].lock);
       }
       spin_lock_init(&pool_lock);        //初始化空闲链表锁
}

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//根据page获取该page地址所在的哈希列表表头（从128个表中找到page所在是哪一个）
static struct page_address_slot          page_slot(struct page page)
{
       // PA_HASH_ORDER为7
      //利用哈希算法得到数组下表，然后返回该页(page)所在的哈希链表的表头
       return     &page_address_htable[hash_ptr(page, PA_HASH_ORDER)];
}

//hash_ptr是根据ptr地址算出该地址在哈希表中的索引的，具体的计算公式为：
(value 常数) >> 25
//关于常数的取值，不可考，要深究得研究到复杂的数学算法里去了。具体的哈希表介绍可以参考以下网址的介绍，赶时间的朋友只看第二部分就可以了。
http://blog.csdn.net/v_JULY_v/article/details/6256463

static inline unsigned long   hash_ptr(void ptr,       unsigned int bits)
{
      return     hash_long((unsigned long)ptr,      bits);
}

static inline unsigned long   hash_long(unsigned long val,       unsigned int bits)
{
      unsigned long        hash = val;

      hash = GOLDEN_RATIO_PRIME;

      return     hash >> (BITS_PER_LONG - bits);           //BIT = 32，这里只取高7位
}

/* 2^31 + 2^29 - 2^25 + 2^22 - 2^19 - 2^16 + 1 /
#define GOLDEN_RATIO_PRIME 0x9e370001UL     //哈希乘数

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//返回page描述符所影射的虚地址
void       page_address(struct page     page)
{
       unsigned long        flags;
       void       ret;
       struct page_address_slot       pas;

       if (!PageHighMem(page))                              //返回0
              return     lowmem_page_address(page);      //返回page描述符所映射的虚拟地址

static __always_inline void lowmem_page_address(struct page page)
{
      //通过page_to_pfn获取page在mem_map中的位置
      //然后乘以页大小得到物理地址
      //在va计算出虚拟地址
      return     va(page_to_pfn(page) << PAGE_SHIFT);
}
}

EXPORT_SYMBOL(page_address);

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//从哈希表中添加/删除page对应的内存
void       set_page_address(struct page page,     void virtual)
{
       unsigned long        flags;
       struct page_address_slot       pas;
       struct page_address_map       pam;

       //返回0，出错（page没有映射到虚拟地址）
      //由于没有配备高端内存，所以这个函数实际是不能调用的
       BUG_ON(!PageHighMem(page));

       pas = page_slot(page);                       //根据page获取page所在哈希表的表头

      //从一段的分析可以看出，page_address_pool是一个空闲链表
      添加时从表头取一块地址，写入数据后加进pas->lh中。
      删除时从pas->lh中把数据取出来，恢复进page_address_pool
       if (virtual) {                                     //虚拟地址不为0，添加
              BUG_ON(list_empty(&page_address_pool));     // page_address_pool为空，出错

              spin_lock_irqsave(&pool_lock, flags);               //禁止中断
              pam = list_entry(page_address_pool.next,
                            struct page_address_map,
                            list);       //获取第一个元素
              list_del(&pam->list);                                       //删除
              spin_unlock_irqrestore(&pool_lock, flags);        //恢复中断

              pam->page = page;
              pam->virtual = virtual;               //加入page和virtual

              spin_lock_irqsave(&pas->lock, flags);
              list_add_tail(&pam->list, &pas->lh);   //添加到pas->lh中（page地址对应的哈希）
              spin_unlock_irqrestore(&pas->lock, flags);
       } else {          / Remove */
              spin_lock_irqsave(&pas->lock, flags);
              list_for_each_entry(pam, &pas->lh, list) {
                     if (pam->page == page) {           //找到page对应的项
                            list_del(&pam->list);           //将pam从链表中删除
                            spin_unlock_irqrestore(&pas->lock, flags);
                            spin_lock_irqsave(&pool_lock, flags);
                            list_add_tail(&pam->list, &page_address_pool); //将pam恢复进空闲表表头
                            spin_unlock_irqrestore(&pool_lock, flags);
                            goto done;
                     }
              }
              spin_unlock_irqrestore(&pas->lock, flags);
       }
done:
       return;
}