linux memblock 介绍

memblock 作用

内核初始化阶段是用内存分配器 memblock 进行管理，因为内核后期使用的内存分配器初始化过程中有很多内存结构体，不可能在静态编译阶段就静态初始化所有的这些内存结构体，如伙伴分配器，那么伙伴分配器如何获取内存来初始化自己呢？为了达到这个目标，我们先实现一个满足要求的但是可能效率不高的内存分配器。用它来负责系统初始化初期的内存管理，最重要的，用它来初始化我们内存的数据结构，直到我们真正的内存管理器被初始化完成并能投入使用, 我们将旧的内存管理器丢掉。

memblock 获取物理内存信息

在内核开启 MMU 之后，整个内存世界实际上还处于一片黑暗之中，毕竟这时候内核并不知道当前系统中物理内存的信息，只是为内核 image、dtb 建立了页表，内核只有访问这两部分才是安全的。

紧接着，memblock 内存分配器就开始工作了，这是内核中静态定义的一个内存管理器，其首要工作就是将所有物理内存纳入管理，首先从通过扫描 dtb 获取物理内存的相关信息，看清楚整个物理内存世界，然后将那些已经被使用的内存设为保留，比如内核镜像所在内存、dtb 内存、页表内存。至于其它的内存都是空闲可支配的。

从上图可以看出 MEMBLOCK 采用了 3 层逻辑单元。第一层逻辑单元用于管理整个物理内存，第二层逻辑单元管理不同类型的内存区，第三层逻辑单元管理独立的内存区块。每层逻辑单元采用不同的数据结构进行维护，每种数据结构的相互配合，共同作为 MEMBLOCK 内存分配器的基础框架。

设备启动时，引导程序把设备树二进制文件从存储设备读到内存中，引导内核的时候把设备树二进制文件的起始地址传给内核，内核解析设备树二进制文件后得到硬件信息。

    memory@80000000 {
        device_type = "memory";
        reg = <0x80000000 0x20000000>;
    };

    reserved-memory {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <1>;
        ranges;

        linux,cma {
            compatible = "shared-dma-pool";
            reusable;
            size = <0xa000000>;
            linux,cma-default;
        };
    };

上面设备树描述了一个以 0x80000000 为首地址，长度为 0x20000000 的内存，会被添加到 memblock 中，

调用关系如下：

start_kernel() ---> setup_arch() ---> setup_machine_fdt() ---> early_init_dt_scan_nodes() ---> early_init_dt_scan_memory() ---> early_init_dt_add_memory_arch() ---> memblock_add()

struct memblock_type memory 存储着可用内存的内存块信息，struct memblock_type reserved 存储着保留内存块信息（被占用，不可申请）

struct memblock_region 实例存储着每块内存的物理首地址和大小

    if (atags_vaddr) {
        mdesc = setup_machine_fdt(atags_vaddr);
        if (mdesc)
            memblock_reserve(__atags_pointer,
                     fdt_totalsize(atags_vaddr));
    }

__atags_pointer 是设备树的物理地址，如果匹配到设备树，则会把设备树所在内存块加入到保留内存 reserved 中，后面申请内存就会避开这块内存

memblock 设置可用物理内存地址最大值

adjust_lowmem_bounds() ---> memblock_set_current_limit() 设置了 memblock.current_limit 为 high_memory，即使用 memblock 内存分配器，分配到的物理内存最大值不会大于 high_memory，分配的内存只能在处于低端内存的线性映射区

memblock 设置保留内存

arm_memblock_init() 函数把除了设备树外的其他不能被申请的内存设置到保留内存，比如 image 所在内存、设备树设置的保留内存等

memblock 内存申请

adjust_lowmem_bounds() 设置完能够申请的最大物理地址后，在 map_lowmem() 开始进行页表的初始化，一级页表所占内存依旧是swapper_page_table，不需要申请，二级页表所占内存通过 early_alloc 申请。疑问：通过 early_alloc 申请的内存位于线性映射区，还未进行创建页表，按理说不能使用虚拟地址，但是申请到内存后就通过虚拟地址往内存写二级页表项的值（cpu_v7_set_pte_ext），能用虚拟地址对内存进行读写的前提是已经建立好映射。