在伙伴算法之前的内存管理机制

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1、在伙伴算法之前的内存管理机制本文的所描述的内核版本是linux-2.4.20我们知道在linux内核中，获取物理页面是靠着alloc_pages这个函数来实现的，这个函数会尽它的一切努力满足页面的分配需求，如果free页面的队列充足，那么就直接分配一个然后返回了，很简单。但是如果不足，那就要洗洗刷刷把不干净的页面转换成干净的，干净页面多了也可以满足分配的需求了。这个函数从某种意思上说非常以及极其的简单，那是在页面充足的情况下。系统里的页面越是缺乏，那么这个函数就越显得复杂和面目可憎，挖空心思的洗洗涮涮，克服一切困难，有一种得不到页面绝不罢休的姿态。应该说这

2、个函数是在内核运行当中内存管理部分的一个很重要的部分，很简单，没有他你就分配不到任何页面。因为这个函数里分配页面的算法被称为伙伴算法，因此这个机制也被称为伙伴内存机制。但是这个机制不是自始至终都存在的，在内核在初始化阶段，这个伙伴机制所必须的那些页面队列还没有建立，他无法正常工作，而必须引入一个过度内存管理机制，一来是完成初始化时候的内存分配需求，二来是帮助建立伙伴算法所必须的基础性设施，然后自动隐退让伙伴算法登台工作，三来就是划出伙伴算法不允许碰触的内核自己的不动产内存，这些内存常驻系统，只归内存私自占用，谁也分不到，因为伙伴算法根本就看不到这些页面的内

3、存。本文主要就是描述这个过度的临时的内存管理机制，bootmem机制。这个机制的工作过程是这样的，初始化的时候算出物理内存的最大页面号，比如物理内存为256*1024*1024=256M个字节，那么这个最大的页面号就是（256*1024*1024）/4096=65535，因为每个页面为4K即4096字节。所以系统一共有65535个页面，每个4096字节。Bootmem机制是用一张位图来管理这些页面的，这个位图是在init_bootmem_core函数里面建立的，这个位图建立在那里呢，正好是在内核映像的后面，假如内核映像（其中包括内核的代码和数据所形成的二进

4、制的文件）占用了0~601个页面，那么这些页面属于基础设施了是不能在动的了，动他就是动了根本了，这0~601个页面中任何一个不能被分配或覆盖。所以我们的位图只能老老实实的从602个页面开始，显而易见的是这个bootmem的位图必须能代表这0~65534（一共65535）所有的页面，如果少了那么这部分少了的就相当于浪费掉了，操作系统不能干这种事，如果多了，更麻烦，那就是吹牛了，这个后果更严重，可能你去分配那个页面但是那个页面不存在，那就完蛋了。我们看看init_bootmem_core这个函数是怎么干的，核心的只有这么一句memset(bdata->node

5、_bootmem_map,0xff,mapsize);其中bdata->node_bootmem_map就是我们上面说的那第602个页面，只不过这里经过一些转换把他变成一个虚拟地址，因为CPU不是按页面来进行操作的，页面只是我们自己算起来方便用的，所以一旦要交给CPU干活的时候就要把他搞成虚拟地址，但他们代表的意思都一样的，都是在内核映像的后头。而这个mapsize就是我们的位图大小，就是不能大也不能小的那个（当然为了与页面对齐进行UP对齐或者DOWN对齐的剪修掉的那一点点内存除外），这个mapsize在我们这里的情况计算出来就是65536/8=8192个

6、字节，也就是我们这个位图一共占掉了整整2个页面8K字节，这两个页面分别是602和603号页面。然后上面这条语句把这两个页面的内存都置为1。置为1是什么意思呢，就是代表这65535个页面都被占用掉了，一个都不剩了。我们会很困惑，到目前为止只有0~603页面被内核映像和这个位图占用了，把这604个页面都置为1才对啊。事实上内核的思想与我们正好相反，我们是想一开始都置为0，表示都空闲，那个被分配了在置为1。可是这里有个问题这65535个页面中本来就有些是不能用的，他们是ROM而不是RAM，你一开始就应该把他置为1，而且还有其他一些复杂的情况，所以内核反过来，先全

7、置为1表示全部占用，然后发现有空闲的在置为0就好了。好了我们现在有了一张8K的两个页面的位图了，而且他里面全是1。好下面开始把能用的RAM内存给空出来，这个是在函数register_bootmem_low_pages完成的，这个函数根据bios提供的RAM分布状况，来进行置0.由于RAM可能分成好几个段，专门有一个结构来描述这个状况：structe820map{intnr_map;structe820entry{unsignedlonglongaddr;/*startofmemorysegment*/unsignedlonglongsize;/*sizeo

8、fmemorysegment*/unsignedlongtype;