kernel启动流程-start_kernel的执行_4.mm_init

1. 前言

本专题文章承接之前《kernel启动流程_head.S的执行》专题文章，我们知道在head.S执行过程中保存了bootloader传递的启动参数、启动模式以及FDT地址等，创建了内核空间的页表，最后为init进程初始化好了堆栈，并跳转到start_kernel执行。
本文重点介绍start_kernel的mm_init的主要流程.

kernel版本：5.10
平台：arm64

2. mm_init

|- -page_ext_init_flatmem

page_ext_init_flatmem();

在linux内核中支持3中内存模型，分别是：flat memory model，Discontiguous memory model和sparse memory model；
因为CONFIG_SPARSEMEM为true，因此采用sparse memory model，此函数为空

|- -init_debug_pagealloc

init_debug_pagealloc();

需要使能CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC

|- -report_meminit

report_meminit();

打印结果如下：

[    0.000000] mem auto-init: stack:off, heap alloc:off, heap free:off

|- -mem_init

mem_init();

mem_init
    |--swiotlb_init(1)
    |--set_max_mapnr(max_pfn - PHYS_PFN_OFFSET);
    |--free_unused_memmap();
    \--memblock_free_all()

|- - -swiotlb_init(1)

由于内存的物理空间较大，而DMA访问的地址空间较小，因此如果指定一个DMA无法访问的地址空间，就会通过一段提前分配的软件的buffer进行映射，让DMA可以访问这段内存空间，这样造成的结果是CPU与DMA看到的内存物理地址是不一样的，这个技术就是swiotlb
参考：https://blog.youkuaiyun.com/liuhangtiant/article/details/87825466

|- - -set_max_mapnr(max_pfn - PHYS_PFN_OFFSET);

设置全局max_mapnr为max_pfn - PHYS_PFN_OFFSET

其中,PHYS_PFN_OFFSET为内存物理首地址的页帧号，定义为：

#define PHYS_PFN_OFFSET (PHYS_OFFSET >> PAGE_SHIFT)
/* PHYS_OFFSET - the physical address of the start of memory. */
 #define PHYS_OFFSET             ({ VM_BUG_ON(memstart_addr & 1); memstart_addr; })

其中memstart_addr值为：0x40000000

arch/arm64/mm/init.c中有如下的赋值：
memstart_addr = round_down(memblock_start_of_DRAM()

max_pfn通过gdb打印看值为：0x80000

|- - -free_unused_memmap

遍历memblock.memory的所有range区域，释放没有使用的mem_map区域，实际就是这段区域对应的page

|- - -memblock_free_all

释放空闲页给buddy分配器

memblock_free_all
  |--reset_all_zones_managed_pages
  |--pages = free_low_memory_core_early()
       |--for_each_reserved_mem_range(i, &start, &end)
       |      reserve_bootmem_region(start, end)
       \--for_each_free_mem_range(i, NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end...)
             count += __free_memory_core(start, end);

|- - - -reset_all_zones_managed_pages

遍历所有的node的所有zone，将zone的managed_pages初始化为0，atomic_long_set(&z->managed_pages, 0)

|- - - -free_low_memory_core_early

|--pages = free_low_memory_core_early()
       |--for_each_reserved_mem_range(i, &start, &end)
       |      reserve_bootmem_region(start, end)
       \--for_each_free_mem_range(i, NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end...)
             count += __free_memory_core(start, end);

（1）遍历memblock.reserved的每个range，通过
reserve_bootmem_region->__SetPageReserved(page)来设置每个range对应的所有page为保留标志；
（2）遍历memblock.memory的每个range, 通过__free_memory_core将空闲range释放给buddy, 并统计释放页帧的数目

__free_memory_core(start, end)
    |--__free_pages_memory