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[導讀]看了很多關于linux內存管理的文章還是云里霧里，聽了很多關于linux內存管理的課程還是一頭霧水。其實很多時候造成不懂的原因不是資料太少，恰恰是資料太多，而且各個內核版本的差異，32位64位的不同，文章的胡編亂造等都給讀者帶來疑惑。本著對內存深度剖析的

看了很多關于linux內存管理的文章還是云里霧里，聽了很多關于linux內存管理的課程還是一頭霧水。其實很多時候造成不懂的原因不是資料太少，恰恰是資料太多，而且各個內核版本的差異，32位64位的不同，文章的胡編亂造等都給讀者帶來疑惑。本著對內存深度剖析的態(tài)度，希望以版本kernel-4.14，架構AARCH64為專題做個內存管理的架構性整理。

這篇文章我們先來看下linux在啟動過程中的初始化。

創(chuàng)建啟動頁表：

在匯編代碼階段的head.S文件中，負責創(chuàng)建映射關系的函數是create_page_tables。create_page_tables函數負責identity mapping和kernel image mapping。

identity map：是指把idmap_text區(qū)域的物理地址映射到相等的虛擬地址上，這種映射完成后，其虛擬地址等于物理地址。idmap_text區(qū)域都是一些打開MMU相關的代碼。
kernel image map：將kernel運行需要的地址（kernel txt、rodata、data、bss等等）進行映射。

arch/arm64/kernel/head.S:ENTRY(stext) bl preserve_boot_args bl el2_setup // Drop to EL1, w0=cpu_boot_mode adrp x23, __PHYS_OFFSET and x23, x23, MIN_KIMG_ALIGN - 1 // KASLR offset, defaults to 0 bl set_cpu_boot_mode_flag bl __create_page_tables /* * The following calls CPU setup code, see arch/arm64/mm/proc.S for * details. * On return, the CPU will be ready for the MMU to be turned on and * the TCR will have been set. */ bl __cpu_setup // initialise processor b __primary_switchENDPROC(stext)

__create_page_tables主要執(zhí)行的就是identity map和kernel image map：

 __create_page_tables:...... create_pgd_entry x0, x3, x5, x6 mov x5, x3 // __pa(__idmap_text_start) adr_l x6, __idmap_text_end // __pa(__idmap_text_end) create_block_map x0, x7, x3, x5, x6
 /* * Map the kernel image (starting with PHYS_OFFSET). */ adrp x0, swapper_pg_dir mov_q x5, KIMAGE_VADDR + TEXT_OFFSET // compile time __va(_text) add x5, x5, x23 // add KASLR displacement create_pgd_entry x0, x5, x3, x6 adrp x6, _end // runtime __pa(_end) adrp x3, _text // runtime __pa(_text) sub x6, x6, x3 // _end - _text add x6, x6, x5 // runtime __va(_end) create_block_map x0, x7, x3, x5, x6 ......

其中調用create_pgd_entry進行PGD及所有中間level(PUD, PMD)頁表的創(chuàng)建，調用create_block_map進行PTE頁表的映射。關于四級頁表的關系如下圖所示，這里就不進一步解釋了。

匯編結束后的內存映射關系如下圖所示：

當執(zhí)行完上面的map之后，MMU就已經打開了并且開始進入C代碼運行階段，那么下一步就要對dtb進行映射了。

fixmap區(qū)之dtb map：

在執(zhí)行setup_arch中，會最先進行early_fixmap_init()，這個函數就是用來map dtb的，但是它只會建立dtb對應的這段物理地址中間level的頁表entry，而最后一個level的頁表映射則通過setup_machine_fdt函數里的fixmap_remap_fdt來創(chuàng)建。

void *__init fixmap_remap_fdt(phys_addr_t dt_phys){ void *dt_virt; int size;
 dt_virt = __fixmap_remap_fdt(dt_phys, &size, PAGE_KERNEL_RO); if (!dt_virt) return NULL;
 memblock_reserve(dt_phys, size); return dt_virt; }

fixmap_remap_fdt主要是為fdt建立地址映射，在該函數的最后，順便就調用memblock_reserve保留了該段內存。

可以看出dtb的映射采用的是fixmap，所謂fixmap就是固定映射，它需要我們明確的知道想要映射的物理地址，并把這段地址映射到想要映射的虛擬地址上。當然這里固定映射還有些片面，因為在fixmap機制實現上，也有支持動態(tài)分配虛擬地址的功能，這個功能主要用于臨時fixmap映射（這個臨時映射就是用來執(zhí)行early ioremap使用的。），而dtb的映射屬于永久映射。

fixmap區(qū)之early ioremap:

對于一些硬件需要在內存管理系統(tǒng)起來之前就要工作的，我們就可以使用這種機制來映射內存給這些硬件driver使用。各個模塊在使用完early ioremap的地址后，需要盡快把這段映射的虛擬地址釋放掉，這樣才能反復被其他模塊繼續(xù)申請使用。

early_ioremap_init會調用early_ioremap_setup：

可見它的實現是依賴fixmap的，所以它必須要在early_fixmap_init之后才能運行。

注意：如果想要在伙伴系統(tǒng)初始化之前進行設備寄存器的訪問，那么可以考慮early IO remap機制。

至此我們已經知道dtb和early ioremap都是在fixmap區(qū)的，如下圖：

系統(tǒng)內存的布局：

完成dtb的map之后，內核可以訪問這一段的內存了，通過解析dtb中的內容，內核可以勾勒出整個內存布局的情況，為后續(xù)內存管理初始化奠定基礎。這一步主要在setup_machine_fdt中完成。這里就不看代碼了，其調用流程是：setup_machine_fdt->early_init_dt_scan->early_init_dt_scan_nodes

就像注釋中所示內核根據dtb的不同node勾勒出choosen node，root node，memory node相應內存區(qū)域。

除了這3個node，還有一個reserved-memory node，它是在上面講到dtb map的時候fixmap_remap_fdt函數做的。下面我們看下這4個node的具體實現。

choosen node

該節(jié)點有一個bootargs屬性，該屬性定義了內核的啟動參數，比如mem= xx，此外，還處理initrd相關的property，并保存在initrd_start和initrd_end這兩個全局變量中。

root node

與內存無關，暫時不詳述，以后有機會講到device tree系列再詳述。

memory node

通過memblock_add加入到memblock.memory對應的memblock_type鏈表中進行管理。

接下來到arm64_memblock_init函數：

void __init arm64_memblock_init(void){...... memblock_reserve(__pa_symbol(_text), _end - _text); 1.kernel image保留區(qū) #ifdef CONFIG_BLK_DEV_INITRD if (initrd_start) { memblock_reserve(initrd_start, initrd_end - initrd_start); 2.initrd保留區(qū) /* the generic initrd code expects virtual addresses */ initrd_start = __phys_to_virt(initrd_start); initrd_end = __phys_to_virt(initrd_end); } #endif early_init_fdt_scan_reserved_mem(); 3.dts中配置為保留的區(qū)域......}