启动中的内存初始化

要观察启动过程中的内存初始化当然要从初始化系统函数start_kernel开始（V4.7），由于start_kernel代码篇幅过多，这里只摘取有关于内存的部分。

asmlinkage __visible void __init start_kernel(void)
{

	page_address_init();
	setup_arch(&command_line);
	mm_init_cpumask(&init_mm);
	setup_per_cpu_areas();
	build_all_zonelists(NULL, NULL);
	page_alloc_init();
	mm_init();
	kmem_cache_init_late();
	kmemleak_init();
	setup_per_cpu_pageset();
}

启动过程中的内存管理

由于在操作系统初始化的时候，操作系统还没有内存管理的功能，只是获得了内存的一些基本信息，内存管理的一些数据结构还不存在，需要创建出来，但是创建的过程本身就是内存管理的内容，这就需要一个简单的内存管理器来负责初始化内存管理的数据结构，直到内核真正的内存管理器开始使用后再释放之前引导时期使用的内存管理器。

引导内存分配器bootmem

由于需要初始化内存管理的一些数据结构所以系统要先建立一个简单的临时内存管理系统bootmem。bootmem在没有构建完整的页分配机制之前可以用来实现简单的内存分配和释放，同时他也是系统真正的内存管理器的基础。

bootmem是基于首次适应（从空闲分区表的第一个表目起查找该表，把最先能够满足要求的空闲区分配给作业）的分配器，它的本质是位图（bitmap）。一个位代表一个页框，有多少位就代表系统有多少页框，同时1代表已用，0代表空闲。这个位图用来管理3G~3G+896M的部分，也就是可以被内核直接映射的物理内存部分。

内存分配器memblock

由于bootmem还存在一些问题，所以就引入了memblock，bootmem用于管理3G~3G+896M的启动时所需的部分物理内存，memblock却可以管理全部可用物理内存。2010 年内核 v.2.6.35 版本首次引入 memblock 补丁，在此之前使用的内存分配器是 bootmem。

struct memblock {
	bool bottom_up;  /* is bottom up direction? */
	phys_addr_t current_limit;
	struct memblock_type memory;
	struct memblock_type reserved;
#ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_PHYS_MAP
	struct memblock_type physmem;
#endif
};

void __init setup_arch(char **cmdline_p)
{
	memblock_reserve(__pa_symbol(_text),
			 (unsigned long)__bss_stop - (unsigned long)_text);
	clone_pgd_range(swapper_pg_dir     + KERNEL_PGD_BOUNDARY,
			initial_page_table + KERNEL_PGD_BOUNDARY,
			KERNEL_PGD_PTRS);
    load_cr3(swapper_pg_dir);
	setup_memory_map();

	init_mm.start_code = (unsigned long) _text;
	init_mm.end_code = (unsigned long) _etext;
	init_mm.end_data = (unsigned long) _edata;
	init_mm.brk = _brk_end;

	code_resource.start = __pa_symbol(_text);
	code_resource.end = __pa_symbol(_etext)-1;
	data_resource.start = __pa_symbol(_etext);
	data_resource.end = __pa_symbol(_edata)-1;
	bss_resource.start = __pa_symbol(__bss_start);
	bss_resource.end = __pa_symbol(__bss_stop)-1;

	
	max_pfn = e820_end_of_ram_pfn();

	
	if (max_pfn > (1UL<<(32 - PAGE_SHIFT)))
		max_low_pfn = e820_end_of_low_ram_pfn();
	else
		max_low_pfn = max_pfn;

	high_memory = (void *)__va(max_pfn * PAGE_SIZE - 1) + 1;

	x86_init.paging.pagetable_init();
}

setup_arch使用memblock函数对内存页进行分配。clone_pgd_range初始化了initial_page_table作为全局页目录表，把它复制给swapper_pg_dir,在这以后,swapper_pg_dir就一直当做全局目录表使用，随后load_cr3设置cr3,弃用以前的initial_page_table。使用setup_memory_map设置内存映射。init_mm.xx完成内存描述符中内核代码段，数据段和 brk 段的初始化,xxx_resource.xxx完成代码/数据/bss 资源的初始化。e820_end_of_ram_pfn函数获得最后一个页帧的编号，也就是最大页面帧号max_pfn。之后计算max_low_pfn（低端内存的最大页面帧号），如果系统安装了超过4GB的RAM，max_low_pfn=max_pfn。接下来通过 __va 宏计算 高端内存中的最大页帧号,并且这个宏会根据给定的物理内存返回一个虚拟地址。x86_init.paging.pagetable_init最终调用paging_init进行分页管理，和初始化内存管理。

struct x86_init_ops x86_init __initdata = {

	
	.paging = {
		.pagetable_init		= native_pagetable_init,
	},

	
};
#define native_pagetable_init        paging_init

初始化伙伴内存管理

内核从start_kernel->setup_arch完成内存分配器的初始化和设置之后，就要初始化内存管理器了。

void __init paging_init(void)
{
	sparse_memory_present_with_active_regions(MAX_NUMNODES);
	sparse_init();

	/*
	 * clear the default setting with node 0
	 * note: don't use nodes_clear here, that is really clearing when
	 *	 numa support is not compiled in, and later node_set_state
	 *	 will not set it back.
	 */
	node_clear_state(0, N_MEMORY);
	if (N_MEMORY != N_NORMAL_MEMORY)
		node_clear_state(0, N_NORMAL_MEMORY);

	zone_sizes_init();
}

sparse_memory_present_with_active_regions函数将每个NUMA节点的内存区域记录到mem_section结构数组中，该结构数组包含指向struct page。之后调用zone_sizes_init

void __init zone_sizes_init(void)
{
	unsigned long max_zone_pfns[MAX_NR_ZONES];

	memset(max_zone_pfns, 0, sizeof(max_zone_pfns));

#ifdef CONFIG_ZONE_DMA
	max_zone_pfns[ZONE_DMA]		= min(MAX_DMA_PFN, max_low_pfn);
#endif
#ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
	max_zone_pfns[ZONE_DMA32]	= min(MAX_DMA32_PFN, max_low_pfn);
#endif
	max_zone_pfns[ZONE_NORMAL]	= max_low_pfn;
#ifdef CONFIG_HIGHMEM
	max_zone_pfns[ZONE_HIGHMEM]	= max_pfn;
#endif

	free_area_init_nodes(max_zone_pfns);
}

该函数用来初始化zone区的大小。直到调用free_area_init_nodes，这个函数初始化内存数据结构包括内存节点和内存域。free_area_init_nodes函数做完之后，就已经准备好了内存管理所需要的数据结构。到此跳出setup_arch接着执行一系列函数直到
build_all_zonelists这个函数，这个函数将所有节点的管理区链入到了zonelist中。之后直到mm_init()执行迁移到真实的内存管理器伙伴系统。

到这里整个启动过程内存的初始化就完成了，完成了新老内存管理器的交接，由此理清了整个内存管理系统的前世和今生。

参考资料：

https://www.cnblogs.com/linhaostudy/p/10038582.html

https://xinqiu.gitbooks.io/linux-insides-cn/content/Initialization/linux-initialization-4.html

最后

以上就是坚强毛豆为你收集整理的启动中的内存初始化的全部内容，希望文章能够帮你解决启动中的内存初始化所遇到的程序开发问题。

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