Linux高端内存管理之非连续内存区（描述）

总结了高端内存区的固定内核映射区、临时内核映射与永久内核映射。但是对于高端内存中各个区间的布置我们任然不是很清楚，首先我们从整体上看看内核对高端内存的划分情况。如果内存足够大（比如用户：内核线性空间=3:1，内核就只能访问线性空间的第4GB内容，如果物理内存超过1GB则视为足够大），内核线性空间无法同时映射所有内存。这就需要将内核线性空间分出一段不直接映射物理内存，而是作为窗口分时映射使用到的未映射的内存。相关阅读：http://www.linuxidc.com/Linux/2012-02/53457.htmhttp://www.linuxidc.com/Linux/2012-02/53458.htmhttp://www.linuxidc.com/Linux/2012-02/53459.htm一、非连续内存区布局Linux内核中对于非连续区间的开始：[cpp]

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

[cpp]

#define VMALLOC_OFFSET （8 * 1024 * 1024）

对于变量high_memory变量：[cpp]

void __init initmem_init（unsigned long start_pfn,
unsigned long end_pfn）
{
highstart_pfn = highend_pfn = max_pfn;
if （max_pfn > max_low_pfn）
highstart_pfn = max_low_pfn;
……
num_physpages = highend_pfn;
/*高端内存开始地址物理*/
high_memory = （void *） __va（highstart_pfn * PAGE_SIZE - 1） + 1;
……
}

其中，变量max_low_pfn在highmem_pfn_init（）函数中初始化为下面值[cpp]

#define MAXMEM （VMALLOC_END - PAGE_OFFSET - __VMALLOC_RESERVE）

[cpp]

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

对于非连续区间的结束定义：[cpp]

# define VMALLOC_END （PKMAP_BASE - 2 * PAGE_SIZE）

由上面的内核代码，画出内存布局细节图如下
由上面的布局可知128M+4M+4M+8K，然而直接映射区和连续内存之间空出来了8M的空间不能用，非连续空间和永久内核映射区之间也有8K的空间不可用，另外，内存顶端空出了4K不可用的。这样，高端内存能用的空间为128M+4M+4M+8K-4K-8M-8K=128M-4K大小的内存。二、数据结构描述虚拟内存区描述（对于vmlist链表）[cpp]

struct vm_struct {
struct vm_struct *next;
void *addr;/*内存区的第一个内存单元的线性地址*/
unsigned long size;
unsigned long flags;/*类型*/
struct page **pages;/*指向nr_pages数组的指针，该数组由指向页描述符的指针组成*/
unsigned int nr_pages;/*内存区填充的页的个数*/
unsigned long phys_addr;/*该字段设为0，除非内存已被创建来映射一个硬件设备的IO共享内存*/
void *caller;
};

虚拟内存区描述（对于红黑树）[html]

struct vmap_area {
unsigned long va_start;
unsigned long va_end;
unsigned long flags;
struct rb_node rb_node; /* address sorted rbtree */
struct list_head list; /* address sorted list */
struct list_head purge_list; /* "lazy purge" list */
void *private;
struct rcu_head rcu_head;
};

内存区由next字段链接到一起，并且为了查找简单，他们以地址为次序。为了防止溢出，每个区域至少由一个页面隔离开。三、非连续内存区初始化非连续内存区的初始化工作在start_kernel（）->mm_init（）->vmalloc_init（）完成[cpp]

void __init vmalloc_init（void）
{
struct vmap_area *va;
struct vm_struct *tmp;
int i;
for_each_possible_cpu（i） {
struct vmap_block_queue *vbq;
vbq = &per_cpu（vmap_block_queue, i）;
spin_lock_init（&vbq->lock）;
INIT_LIST_HEAD（&vbq->free）;
INIT_LIST_HEAD（&vbq->dirty）;
vbq->nr_dirty = 0;
}
/* Import existing vmlist entries. */
for （tmp = vmlist; tmp; tmp = tmp->next） {/*导入vmlist中已经有的数据到红黑树中*/
va = kzalloc（sizeof（struct vmap_area）, GFP_NOWAIT）;
va->flags = tmp->flags | VM_VM_AREA;
va->va_start = （unsigned long）tmp->addr;
va->va_end = va->va_start + tmp->size;
__insert_vmap_area（va）;
}
vmap_area_pcpu_hole = VMALLOC_END;
vmap_initialized = true;/*已经初始化*/
}

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