arm linux中memblock与mem_map的初始化

memblock和mem_map是linux内存管理中非常重要的两个全局变量。memblock保存着所有物理内存区域，包括可用的(memory)与保留的(reserved)。mem_map是全局page数组，物理内存每个页对应一个page结构体，顺序存储在mem_map中。

1 memblock初始化

可用的物理内存区域由bootloader通过dts传递给kernel，节点名称是“memory”。这个节点的内容可以由用户指定，也有可能是用户只预留这个节点(通过skeleton.dtsi)，然后bootloader修改其具体内容。kernel中解析memory节点，添加可用内存区域的流程如下：

start_kernel

  --> setup_arch
   --> setup_machine_fdt
    --> of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_memory, NULL);
      --> early_init_dt_add_memory_arch
        --> memblock_add

从而把dts指定的所有内存区域添加在memblock的memory中。

随后kernel会把不能使用的保留内存区域添加到memblock的reserved中，这些区域包括kernel自己使用的text,data区、页表内存，还有用户在dts中定义预留给其它硬件或内核特定模块使用的内存。它们通过以下代码来实现：

    arm_mm_memblock_reserve();
    arm_dt_memblock_reserve();

    /* reserve any platform specific memblock areas */
    if (mdesc->reserve)
        mdesc->reserve();

    /*
     * reserve memory for DMA contigouos allocations,
     * must come from DMA area inside low memory
     */
    dma_contiguous_reserve(min(arm_dma_limit, arm_lowmem_limit));

 memblock的物理内存区域决定了后续kernel内存管理的范围，首先在bootmem_init过程中，memblock的memory区域全部被添加到bootmem，然后遍历memblock的reserved区域，同样在bootmem中标记。

 再到后续的buddy system初始化时，把bootmem可用的内存释放到buddy system中，从而完成了物理内存到buddy system的转化。

2 mem_map初始化

每个物理内存页都对应mem_map的一个元素，而且通过页号pfn能够迅速转化成物理地址，这就决定了mem_map的元素是按物理地址顺序排列的，而不是仅仅是可用的内存。如果可用内存区域之间间隔很大，会导致mem_map浪费很多内存来存储无效page，因此在mem_map完成初始化后，会把中间不用的元素占用的内存释放到buddy中，节省空间。于是mem_map可能是一个很大的数组，但中间有很多元素不能作为page访问，因为这些内存已经作为buddy的空间内存供他人使用了。

mem_map的初始化流程如下：

start_kernel

  --> setup_arch
    --> paging_init

      --> bootmem_init

        --> arm_bootmem_free

           --> free_area_init_node
             --> alloc_node_mem_map
             --> free_area_init_core
               --> memmap_init
 其中alloc_node_mem_map使用的size是从第一个物理内存区域起始地址算起，到最后一个物理内存区域结束地址截止。然后kernel释放了这其中不使用内存：

start_kernel

  --> mm_init
     --> mem_init
       --> free_unused_memmap
  释放的目标是bootmem，这些内存随后会被buddy使用