linux 内核内存管理 bootmem alloctor 申请内存

alloc_bootmem_low_pages（）定义在：include/linux/bootmem.h中，定义如下：

#define alloc_bootmem_low_pages(x) \

__alloc_bootmem_low(x, PAGE_SIZE, 0)

__alloc_bootmem_low()定义在：mm/bootmem.c，定义如下：

void * __init __alloc_bootmem_low(unsigned long size, unsigned long align,
unsigned long goal)
{
bootmem_data_t *bdata;
void *ptr;
list_for_each_entry(bdata, &bdata_list, list) {
ptr = __alloc_bootmem_core(bdata, size, align, goal,
ARCH_LOW_ADDRESS_LIMIT);
if (ptr)
return ptr;
}
printk(KERN_ALERT "low bootmem alloc of %lu bytes failed!\n", size);
panic("Out of low memory");
return NULL;
}

查找bdata链表上的每个节点，这每个节点代表一个bitmap，当然x86默认配置上只有一个节点，该节点在bootmem allocator初始化时创建，并添加到这个链表中。

核心函数还是__alloc_bootmem_core()，该函数定义于：mm/bootmem.c，定义如下：

void * __init
__alloc_bootmem_core(struct bootmem_data *bdata, unsigned long size,
unsigned long align, unsigned long goal, unsigned long limit)
{
unsigned long offset, remaining_size, areasize, preferred;
unsigned long i, start = 0, incr, eidx, end_pfn;
void *ret;

if (!size) {
printk("__alloc_bootmem_core(): zero-sized request\n");
BUG();
}
BUG_ON(align & (align-1));

if (limit && bdata->node_boot_start >= limit)
return NULL;

/* on nodes without memory - bootmem_map is NULL */
if (!bdata->node_bootmem_map)
return NULL;

end_pfn = bdata->node_low_pfn; // max_low_pfn
limit = PFN_DOWN(limit); // limit = 0xffffffff
if (limit && end_pfn > limit)
end_pfn = limit;

/*
* 处理node_boot_start不对齐的情况。
* @offset: offset + PFN_DOWN(bdata->node_boot_start)是align对齐的
*/
eidx = end_pfn - PFN_DOWN(bdata->node_boot_start); // eidx = max_low_pfn
offset = 0;
if (align && (bdata->node_boot_start & (align - 1UL)) != 0)
offset = align - (bdata->node_boot_start & (align - 1UL));
offset = PFN_DOWN(offset);

/*
* We try to allocate bootmem pages above 'goal'
* first, then we try to allocate lower pages.
*/
if (goal && goal >= bdata->node_boot_start && PFN_DOWN(goal) < end_pfn) {
// 相对于node_boot_start的偏移量，只不过node_boot_start=0
// 如果不是0，这里会出现歧义，因为在下面preferred将可能被赋值为last_success
// 而这个success很显然不是某种偏移量，而是物理地址。
preferred = goal - bdata->node_boot_start;

if (bdata->last_success >= preferred)
if (!limit || (limit && limit > bdata->last_success))
// last_success中保存的是上次成功时的起始地址
preferred = bdata->last_success;
} else
preferred = 0;

/* 根据对齐调整要求，调整preferred, preferred是pfn */
preferred = PFN_DOWN(ALIGN(preferred, align)) + offset;
areasize = (size + PAGE_SIZE-1) / PAGE_SIZE;
/* incr表示在查找内存时每次叠加几个页面 */
incr = align >> PAGE_SHIFT ? : 1;

restart_scan:
for (i = preferred; i < eidx; i += incr) {
unsigned long j;
i = find_next_zero_bit(bdata->node_bootmem_map, eidx, i);
i = ALIGN(i, incr);
if (i >= eidx)
break;
if (test_bit(i, bdata->node_bootmem_map))
continue;

/* for循环中判断从i是否有areasize个连续的空闲页面，
* 如果没有，则跳转到fail_block继续下一次的搜索. */
for (j = i + 1; j < i + areasize; ++j) {
if (j >= eidx)
goto fail_block;
if (test_bit(j, bdata->node_bootmem_map))
goto fail_block;
}
start = i; /*如果在for循环中没有退出，则说明从第i个页面起一共有areasize个连续的页面可供使用*/
goto found;
fail_block:
i = ALIGN(j, incr);
}
if (preferred > offset) {
preferred = offset;
/* 如果大于goal的内存不符合要求，转到从offset开始的内存开始搜索 */
goto restart_scan;
}
return NULL;

found:
bdata->last_success = PFN_PHYS(start);
BUG_ON(start >= eidx);

/*找到合适页面后并没有马上把写页面返回，而是尝试着把这次申请的页面和上次申请的页面进行合并，
* 以减少这两次内存之间的空隙（内存碎片），这样做的前提是：上次申请内存的最后一页和这次申请
* 内存的第一页是连续的，在下面的if里就是判断这个前提，如果不连续，就不能进行合并了*/
/* if语句判断这次找到和上次找到的是相邻的两页，这样才可能合并，否则进入else */
if (align < PAGE_SIZE &&
bdata->last_offset && bdata->last_pos+1 == start) {
offset = ALIGN(bdata->last_offset, align);
BUG_ON(offset > PAGE_SIZE);
remaining_size = PAGE_SIZE - offset;
if (size < remaining_size) { /*上次申请页面剩余的内存足够这次使用*/
areasize = 0;
/* last_pos unchanged */
bdata->last_offset = offset + size;
ret = phys_to_virt(bdata->last_pos * PAGE_SIZE +
offset +
bdata->node_boot_start);
} else { /*上次申请页面剩余的内存不够这次使用*/
remaining_size = size - remaining_size;
areasize = (remaining_size + PAGE_SIZE-1) / PAGE_SIZE;
ret = phys_to_virt(bdata->last_pos * PAGE_SIZE +
offset +
bdata->node_boot_start);
bdata->last_pos = start + areasize - 1;
bdata->last_offset = remaining_size;
}
bdata->last_offset &= ~PAGE_MASK;
} else {
bdata->last_pos = start + areasize - 1;
bdata->last_offset = size & ~PAGE_MASK;
ret = phys_to_virt(start * PAGE_SIZE + bdata->node_boot_start);
}

for (i = start; i < start + areasize; i++)
if (unlikely(test_and_set_bit(i, bdata->node_bootmem_map)))
BUG();
memset(ret, 0, size);
return ret;
}

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