Linux内存管理之bootmem分配器

为什么要使用bootmem分配器，内存管理不是有buddy系统和slab分配器吗？由于在系统初始化的时候需要执行一些内存管理，内存分配的任务，这个时候buddy系统，slab分配器等并没有被初始化好，此时就引入了一种内存管理器bootmem分配器在系统初始化的时候进行内存管理与分配，当buddy系统和slab分配器初始化好后，在mem_init()中对bootmem分配器进行释放，内存管理与分配由buddy系统，slab分配器等进行接管。

bootmem分配器使用一个bitmap来标记物理页是否被占用，分配的时候按照第一适应的原则，从bitmap中进行查找，如果这位为1，表示已经被占用，否则表示未被占用。为什么系统运行的时候不使用bootmem分配器呢？bootmem分配器每次在bitmap中进行线性搜索，效率非常低，而且在内存的起始端留下许多小的空闲碎片，在需要非常大的内存块的时候，检查位图这一过程就显得代价很高。bootmem分配器是用于在启动阶段分配内存的，对该分配器的需求集中于简单性方面，而不是性能和通用性。

一、bootmem分配器核心数据结构

bootmem核心数据结构bootmem_data：

typedef struct bootmem_data {
    unsigned long node_boot_start;
    unsigned long node_low_pfn;
    void *node_bootmem_map;
    unsigned long last_offset;
    unsigned long last_pos;
    unsigned long last_success;
} bootmem_data_t;

系统内存的中每一个结点（如果是内存是UMA，就只有一个这样的结构）都有一个bootmem_data_t结构，它含有bootmem分配器给结点分配内存时所需的信息。

1、node_boot_start是这个结点内存的起始地址（如果内存是UMA的话，为0）；

2、node_low_pfn是低端内存最后一个page的页帧号；

3、node_bootmem_map指向内存中bitmap所在的位置；

4、last_offset是分配的最后一个页内的偏移，如果该页完全使用，则offset为0；

5、last_pos是分配最后一个页帧号；

6、last_success是最后一次成功分配的位置。

二、bootmem分配器初始化

是在init_bootmem_core函数对bootmem分配器进行初始化的。

static unsigned long __init init_bootmem_core (pg_data_t *pgdat,
    unsigned long mapstart, unsigned long start, unsigned long end)
{
    bootmem_data_t *bdata = pgdat->bdata;
    unsigned long mapsize = ((end - start)+7)/8;  /*映射的字节数*/

    pgdat->pgdat_next = pgdat_list;
    pgdat_list = pgdat;

    mapsize = (mapsize + (sizeof(long) - 1UL)) & ~(sizeof(long) - 1UL);
    bdata->node_bootmem_map = phys_to_virt(mapstart << PAGE_SHIFT);
    bdata->node_boot_start = (start << PAGE_SHIFT);
    bdata->node_low_pfn = end;

    memset(bdata->node_bootmem_map, 0xff, mapsize);  //初始化所有内存都保留

    return mapsize;
}

linux系统初始化过程中通过init_bootmem_core(NODE_DATA(0), min_low_pfn, 0, max_low_pfn)来调用这个函数初始化bootmem分配器。其中min_low_pfn是临时页表后的第一个可用页框，max_low_pfn是低端内存结束的页框。

前面说的bootmem分配器核心数据结构bootmem_data_t是内嵌在pg_data_t数据结构中（也就是节点的描述符中）。内存中的节点描述符是通过链表pgdat_list链起来的，如果