Linux高端內存管理之非連續內存區（描述）

總結了高端內存區的固定內核映射區、臨時內核映射與永久內核映射。但是對於高端內存中各個區間的布置我們任然不是很清楚，首先我們從整體上看看內核對高端內存的劃分情況。

如果內存足夠大（比如用戶：內核線性空間=3:1，內核就只能訪問線性空間的第4GB內容，如果物理內存超過1GB則視為足夠大），內核線性空間無法同時映射所有內存。這就需要將內核線性空間分出一段不直接映射物理內存，而是作為窗口分時映射使用到的未映射的內存。

相關閱讀：

http://www.linuxidc.com/Linux/2012-02/53457.htm

http://www.linuxidc.com/Linux/2012-02/53458.htm

http://www.linuxidc.com/Linux/2012-02/53459.htm

一、非連續內存區布局

Linux內核中對於非連續區間的開始：

[cpp]

1. #define VMALLOC_START ((unsigned long)high_memory + VMALLOC_OFFSET)

[cpp]

1. #define VMALLOC_OFFSET (8 * 1024 * 1024)

對於變量high_memory變量：

[cpp]

1. void __init initmem_init(unsigned long start_pfn,
2. unsigned long end_pfn)
3. {
4. highstart_pfn = highend_pfn = max_pfn;
5. if (max_pfn > max_low_pfn)
6. highstart_pfn = max_low_pfn;
7. ……
8. num_physpages = highend_pfn;
9. /*高端內存開始地址物理*/
10. high_memory = (void *) __va(highstart_pfn * PAGE_SIZE - 1) + 1;
11. ……
12. }

其中，變量max_low_pfn在highmem_pfn_init()函數中初始化為下面值

[cpp]

1. #define MAXMEM (VMALLOC_END - PAGE_OFFSET - __VMALLOC_RESERVE)

[cpp]

1. <p>unsigned int __VMALLOC_RESERVE = 128 << 20;</p>

對於非連續區間的結束定義：

[cpp]

1. # define VMALLOC_END (PKMAP_BASE - 2 * PAGE_SIZE)

由上面的內核代碼，畫出內存布局細節圖如下

由上面的布局可知128M+4M+4M+8K，然而直接映射區和連續內存之間空出來了8M的空間不能用，非連續空間和永久內核映射區之間也有8K的空間不可用，另外，內存頂端空出了4K不可用的。這樣，高端內存能用的空間為128M+4M+4M+8K-4K-8M-8K=128M-4K大小的內存。

二、數據結構描述

虛擬內存區描述（對於vmlist鏈表）

[cpp]

1. struct vm_struct {
2. struct vm_struct *next;
3. void *addr;/*內存區的第一個內存單元的線性地址*/
4. unsigned long size;
5. unsigned long flags;/*類型*/
6. struct page **pages;/*指向nr_pages數組的指針，該數組由指向頁描述符的指針組成*/
7. unsigned int nr_pages;/*內存區填充的頁的個數*/
8. unsigned long phys_addr;/*該字段設為0，除非內存已被創建來映射一個硬件設備的IO共享內存*/
9. void *caller;
10. };

虛擬內存區描述（對於紅黑樹）

[html]

1. struct vmap_area {
2. unsigned long va_start;
3. unsigned long va_end;
4. unsigned long flags;
5. struct rb_node rb_node; /* address sorted rbtree */
6. struct list_head list; /* address sorted list */
7. struct list_head purge_list; /* "lazy purge" list */
8. void *private;
9. struct rcu_head rcu_head;
10. };

內存區由next字段鏈接到一起，並且為了查找簡單，他們以地址為次序。為了防止溢出，每個區域至少由一個頁面隔離開。

三、非連續內存區初始化 非連續內存區的初始化工作在start_kernel()->mm_init()->vmalloc_init()完成 [cpp]

1. void __init vmalloc_init(void)
2. {
3. struct vmap_area *va;
4. struct vm_struct *tmp;
5. int i;
7. for_each_possible_cpu(i) {
8. struct vmap_block_queue *vbq;
10. vbq = &per_cpu(vmap_block_queue, i);
11. spin_lock_init(&vbq->lock);
12. INIT_LIST_HEAD(&vbq->free);
13. INIT_LIST_HEAD(&vbq->dirty);
14. vbq->nr_dirty = 0;
15. }
17. /* Import existing vmlist entries. */
18. for (tmp = vmlist; tmp; tmp = tmp->next) {/*導入vmlist中已經有的數據到紅黑樹中*/
19. va = kzalloc(sizeof(struct vmap_area), GFP_NOWAIT);
20. va->flags = tmp->flags | VM_VM_AREA;
21. va->va_start = (unsigned long)tmp->addr;
22. va->va_end = va->va_start + tmp->size;
23. __insert_vmap_area(va);
24. }
26. vmap_area_pcpu_hole = VMALLOC_END;
28. vmap_initialized = true;/*已經初始化*/
29. }