__mt_alloc源码分析(10)

__pool<true>::_M_reserve_block

最后,当线程自己的空闲块没有的时候,__mt_alloc必须向内存池的全局空闲块链表求援,于是进入了_M_reserve_block函数。

 

<mt_allocator.cc>

312    char*

313    __pool<true>::_M_reserve_block(size_t __bytes, const size_t __thread_id)

 

_M_reserve_block函数原型。返回值是直接给用户使用的块的数据区地址,参数__bytes是用户要求分配的内存的字节大小,__thread_id是分配内存的线程的id

 

314    {

315      // Round up to power of 2 and figure out which bin to use.

316      const size_t __which = _M_binmap[__bytes];

317      const _Tune& __options = _M_get_options();

318      const size_t __bin_size = ((__options._M_min_bin << __which)

319                    + __options._M_align);

320      size_t __block_count = __options._M_chunk_size - sizeof(_Block_address);

321      __block_count /= __bin_size;     

 

进行一些前期计算,__which是负责分配内存的bin的索引,而__bin_size 是这个bin负责的最大的内存字节数。__options包含当前内存池的一些参数,__block_count表示从OS申请的一块内存(__pool每次总是从OS申请大小为__options._M_chunk_size的内存块)能建造多少个空闲内存块。

 

322     

323      // Are we using threads?

324      // - Yes, check if there are free blocks on the global

325      //   list. If so, grab up to __block_count blocks in one

326      //   lock and change ownership. If the global list is

327      //   empty, we allocate a new chunk and add those blocks

328      //   directly to our own freelist (with us as owner).

329      // - No, all operations are made directly to global pool 0

330      //   no need to lock or change ownership but check for free

331      //   blocks on global list (and if not add new ones) and

<think> 我们正在讨论的是ARM架构下的内存管理,特别是`arch_reserve_mmu`函数的作用。根据引用[1]中提到的`map_desc`结构体,它用于描述内存映射的区域(虚拟地址、物理页帧号、长度、类型)。在ARM Linux内核启动过程中,会建立初始的页表映射,而`arch_reserve_mmu`函数很可能与这个初始映射的预留有关。 ### `arch_reserve_mmu`函数的作用分析 1. **内存映射预留** 在ARM内核启动的早期阶段,需要为初始页表分配内存。`arch_reserve_mmu`函数通常负责在内存中预留一块区域,用于存放初始页表(即一级页表PGD或段映射表)。这样,在启用MMU之前,页表已经准备就绪。 2. **避免内存覆盖** 初始页表的位置必须位于不会被内核覆盖的区域。通常,这块区域位于内核镜像之后,例如在`.bss`段结束后的位置。通过`arch_reserve_mmu`,我们明确保留这块内存,防止后续的内存分配(如`memblock`分配器)使用它。 3. **与`map_desc`的关系** 引用[1]中的`map_desc`结构体描述了需要映射的物理区域。`arch_reserve_mmu`可能利用这些映射信息,计算页表所需的大小并预留空间。例如: - 每个`map_desc`条目对应一个连续映射区域。 - 页表大小取决于映射的条目数和页表层级(ARMv7使用段映射,每个条目映射1MB)。 4. **具体实现位置** 在ARM Linux内核源码中,`arch_reserve_mmu`可能位于`arch/arm/mm/mmu.c`。其典型实现如下: ```c void __init arch_reserve_mmu(void) { /* 计算初始页表所需大小 */ size_t pgd_size = PTRS_PER_PGD * sizeof(pgd_t); /* 预留内存 */ initial_pg_dir = memblock_alloc(pgd_size, pgd_size); } ``` 5. **启动流程中的调用时机** 如引用[2]所示,在U-Boot或类似bootloader中,启动流程会依次调用初始化函数。在内核启动时: - `start_kernel` → `setup_arch` → `paging_init` → `prepare_page_table` → `map_lowmem`等。 - `arch_reserve_mmu`可能在`setup_arch`的早期被调用,确保页表内存被预留。 ### 总结 | **功能** | **说明** | |-------------------|--------------------------------------------------------------| | 页表内存预留 | 为初始页表分配物理内存,避免被其他模块占用[^1] | | 位置选择 | 通常位于内核镜像之后(如`.bss`段末尾),保证启用MMU前可访问 | | 大小计算 | 根据映射条目数(如`map_desc`数组)计算页表所需空间 | | 与启动流程集成 | 在`setup_arch`中调用,确保后续映射建立时有可用页表内存 | > **关键点**: > `arch_reserve_mmu`的核心目的是**为初始页表安全预留物理内存**,确保MMU启用时页表已就位且不被覆盖。这是ARM架构启动过程中内存管理的关键一步。 §§相关问题§§ 1. ARM Linux内核在启用MMU前如何保证页表内存的物理地址可访问? 2. 如何动态调整`arch_reserve_mmu`预留的内存大小以适应不同的映射需求? 3. 在支持LPAE(大物理地址扩展)的ARMv8系统中,`arch_reserve_mmu`有何变化? [^1]: ARM内存映射描述结构体`map_desc`的作用 [^2]: 系统启动流程中初始化函数的执行顺序 [^3]: 显示相关函数示例(虽不直接相关,但体现系统初始化流程) </think> ### `arch_reserve_mmu`函数的作用分析 `arch_reserve_mmu`是ARM架构中与**内存映射预留**相关的关键函数,主要作用是为MMU(内存管理单元)的初始页表分配保留内存区域。其核心功能如下: #### 1. **页表内存预留** - 在系统启动早期(如U-Boot或内核初始化阶段),为MMU的**初始页表**分配物理内存空间[^1]。 - 通过`memblock`或类似机制保留一块未映射的物理内存,防止被其他模块占用。 - 典型实现逻辑: ```c /* arch/arm/mm/mmu.c */ void __init arch_reserve_mmu(void) { /* 计算页表所需大小(通常为16KB~4MB)*/ size_t pgd_size = PTRS_PER_PGD * sizeof(pgd_t); /* 通过memblock保留物理内存 */ initial_pg_dir = memblock_alloc(pgd_size, pgd_size); } ``` #### 2. **映射描述符准备** - 为后续`map_desc`结构体初始化提供基础(引用[1]): ```c struct map_desc { unsigned long virtual; // 虚拟地址起始 unsigned long pfn; // 物理页帧号 unsigned long length; // 映射长度 unsigned int type; // 内存类型索引 }; ``` - 函数内部会预留内存用于存储这些映射描述符,描述内核关键区域(如代码段、设备内存等)的映射关系[^1]。 #### 3. **启动流程中的调用时机** - 在ARM启动序列中(引用[2]的`init_sequence`),该函数通常在MMU初始化前被调用: ``` start_armboot() → init_sequence[] → arch_reserve_mmu() // 预留页表内存 → mmu_init() // 建立实际页表 ``` - **关键作用**:确保在启用MMU前,页表所需物理内存已被保留且未被污染。 #### 4. **内存类型与属性配置** - 通过参数`type`关联`mem_types[]`数组(引用[1]),决定内存区域的缓存策略和访问权限: ```c static struct mem_type { pteval_t prot_pte; // 页表属性 pteval_t prot_pte_s2; // Hyp模式属性 pmdval_t prot_l1; // 段映射属性 ... } mem_types[]; ``` - 例如:为DDR内存配置`MT_MEMORY`类型(可缓存、可执行),为设备内存配置`MT_DEVICE`类型(不可缓存)。 ### 总结对比表 | **功能** | **具体作用** | **影响范围** | |-------------------|-----------------------------------------------------------|--------------------------| | 页表内存保留 | 分配物理内存存放初始页表 | 确保MMU启用前有有效页表 | | 映射描述符初始化 | 准备`map_desc`结构体,定义虚拟-物理映射关系 | 内核关键区域映射的基础 | | 内存属性配置 | 通过`mem_types`设置缓存/访问权限 | 影响系统性能和稳定性 | | 启动流程保障 | 在MMU初始化前预留资源,防止内存被覆盖 | 系统启动可靠性的关键 | > **关键点**: > `arch_reserve_mmu`的核心价值在于**为MMU建立安全的运行环境**,通过预留物理内存和定义映射规则,确保后续`create_mapping()`等函数能正确建立虚拟地址映射(如将DDR物理地址`0x10000000`映射到`0x80000000`)。
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