Linux 如何为其物理分配器分配内存？

Question

我最近正在深入研究 Linux 内存管理的细节，因为我想为我自己的玩具内核实现类似的东西，所以我希望熟悉细节的人能帮助我理解一件事。显然，物理内存管理器是一种伙伴算法，它进一步专门用于返回特定顺序（0 到 9，0 只是单个页面）的页面块。对于每个订单，块都存储为一个链表。假设如果请求了一个 5 阶的块但在 5 阶块的列表中没有找到，算法会搜索一个 6 阶的块，将它分成两部分，给请求的一半，并将另一半移低一个顺序（如它是一半大小）。我不明白的是内核如何存储这些结构，或者它如何为它们分配空间。因为对于 0 阶页面，您需要 1M 条目（每个条目是 4KiB 页面），这是否意味着内核分配了 1MiB * sizeof(struct page)？1 阶及以上的区块呢？内核是否通过将分配的块标记为更高的顺序来重用它们，当它需要将它分成两部分时，只需返回块并获取一个未使用的块？

Answer 1

我不明白的是内核如何存储这些结构，或者它如何为它们分配空间。因为对于 0 阶页面，您需要 1M 条目（每个条目是 4KiB 页面），这是否意味着内核分配了 1MiB * sizeof(struct page)？

区域的初始化是通过调用paging_init()(arch/x86/mm/init_32.c; 一些描述 - https://www.kernel.org/doc/gorman/html/understand/understand005.html 2.3 区域初始化和http:// repo.hackerzvoice.net/depot_madchat/ebooks/Mem_virtuelle/linux-mm/vminit.html从setup_arch()via（native_pagetable_init()和间接调用1166 x86_init.paging.pagetable_init();）初始化内核页表：

690 /*
691  * paging_init() sets up the page tables - note that the first 8MB are
692  * already mapped by head.S.
...*/
697 void __init paging_init(void)
698 {
699         pagetable_init();
...
711         zone_sizes_init();
712 }

pagetable_init()在swapper_pg_dir1024pgd_t秒的数组中创建内核页表。

zone_sizes_init()实际上定义了物理内存区域并调用free_area_init_nodes()以使用实际完成的工作（对于每个 NUMA 节点for_each_online_node(nid) {...}）来初始化它们，free_area_init_node()其中调用三个函数：

• calculate_node_totalpages() 打印 dmesg 中每个节点的页数
• alloc_node_mem_map()struct page为该节点中的每个物理页面分配实际工作；它们的内存由 bootmem 分配器doc1 doc2 分配（您可以使用bootmem_debug=1内核引导选项查看其调试）：

4936 size = (end - start) * sizeof(struct page);

4937 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);

if (!map) map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size, pgdat->node_id);

• free_area_init_core()（在 中填充位图struct zone）。free_area_init_core在http://repo.hackerzvoice.net/depot_madchat/ebooks/Mem_virtuelle/linux-mm/zonealloc.html#INITIALIZE中为旧内核描述的功能为：

free_area_init_core() 在 free_area_init_core() 中构建内存映射，并初始化空闲列表和伙伴位图。

初始化每个区域中的空闲订单列表，并将订单标记为没有任何空闲页面：free_area_init_core()-> init_currently_empty_zone()-> zone_init_free_lists：

4147 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4148 {
4149         unsigned int order, t;
4150         for_each_migratetype_order(order, t) {
4151                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4152                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4153         }
4154 }

PS：有是的init（）在内核中，它被称为start_kernel()和LXR（Linux交叉参考）将帮助你功能之间进行导航（我张贴的链接lxr.free-electrons.com，但有几个在线LXRs）：

501 asmlinkage __visible void __init start_kernel(void)
...
528         boot_cpu_init();
529         page_address_init();
530         pr_notice("%s", linux_banner);
531         setup_arch(&command_line);