Linux 內存源碼初步閱讀

幾個數據結構

1. pg_data_t
   這個數據結構代表每一個NUMA節點，關於NUMA可以稍微看看這篇瞭解下
2. zonelist
   
   內存域的列表，按照內存域的優先級排列。
3. zone
   內存域，內存域常見類型有幾種：
   
4. page
   代表一個物理內存頁，頁幀。
5. free_area
   這個跟夥伴內存分配相關。
   
   放一個自己畫的圖
   
   從上面的圖裏面大致可以反映出代碼的結構，對照代碼看的話更清晰一些。

初始化內存

直接貼書上的圖吧

1. setup_arch: 函數內部會去獲取機器內存信息，這個跟特定的機器相關，我看到好多都是e820，關於e820可以參照WiKi 和 這篇博客。
   
2. setup_per_cpu_areas:拷貝一些變量到每個CPU
3. build_all_zonelists: 構建每個內存區域的優先級，分配內存的時候按照這個優先級去zone裏面找。
4. setup_per_cpu_pageset: 初始化每個CPU的pageset

夥伴系統

初始化

把系統的可用內存跟數據結構關聯起來的函數是：free_area_init_nodes

對於每個NUMA節點，調用了free_area_init_node，這個函數裏面調用calculate_node_totalpages計算這個節點頁的總量，調用alloc_node_mem_map來初始化struct page所需要的內存並初始化mem_map。最後再調用free_area_init_core,這個函數裏面需要關注下面三個函數:

1. zone_pcp_init：初始化這個內存域的per-CPU緩存
2. init_currently_empty_zone：初始化free_area
3. memmap_init這個是個宏，後面的函數是memmap_init_zone
4. memmap_init_zone：這個函數裏面會調用：
   1. pfn_to_page：物理頁面序號轉換成頁幀
   2. set_page_links：設置這個頁屬於哪個內存域，屬於哪個NUMA節點。
   3. SetPageReserved：設置這個頁成Reserved。

夥伴系統分配

所有的函數最後都歸到alloc_pages_node這個函數，這個函數又會調用__alloc_pages_nodemask這個函數，這個函數就是核心分配了，內部主要調用了兩個函數：

get_page_from_freelist
__alloc_pages_slowpath

第一個函數先檢查內存水位線，再嘗試分配合適的內存，如果可以分配內存，那麼調用buffered_rmqueue這個函數獲取頁，然後就結束分配。
如果第一次嘗試不成功的話，會調用下面那個函數，下面這個就相當於進入了分配的“slowpath”，slowpath裏面會先喚醒kswapd進程看看有沒有能交換到swap的頁，然後再調用第一個函數去分配，這次會比第一次積極一些，會放寬一些條件限制。

buffered_rmqueue這個函數會檢查這些可分配的頁是否是連續的，然後再移除這些頁並重排內存區。
__rmqueue這個函數會調用 __rmqueue_smallest來獲取指定節點，指定內存域，指定階數，指定遷移類型的頁。最後調用expand函數重排內存區。

好了，經過這一系列的函數，已經獲取了特定數量的頁了。

slab/slub/slob

通過malloc分配用戶空間內存的時候，頁單位太大，需要把頁分成更小的單位來管理。
slab：默認分配器
slub：針對大型計算機的分配器

slab裏面關鍵的概念就是“緩存”和“對象”。

1. 緩存
   對應的數據結構是kmem_cache，每種對應大小的對象都對應一個kmem_cache，相當於一個籃子。
2. 對象
   籃子裏面的果子。
   

分配對象步驟

這篇博文很好。

總結

獲取內存佈局[e820]，並初始化頁幀 --> 頁的分配[夥伴系統] --> 小對象的分配[slab系列]