Bootmem机制

在启动过程期间, 尽管内存管理尚未初始化, 但是内核仍然需要分配内存以创建各种数据结构. 因此在系统启动过程期间, 内核使用了一个额外的简化形式的内存管理模块引导内存分配器(boot memory allocator–bootmem分配器), 用于在启动阶段早期分配内存, 而在系统初始化完成后, 该分配器被内核抛弃, 然后初始化了一套新的更加完善的内存分配器.

显然, 对该内存分配器的需求集中于简单性方面,　而不是性能和通用性, 它仅用于初始化阶段. 因此内核开发者决定实现一个最先适配(first-first)分配器用于在启动阶段管理内存. 这是可能想到的最简单的方式.

引导内存分配器(boot memory allocator–bootmem分配器)基于最先适配(first-first)分配器的原理(这儿是很多系统的内存分配所使用的原理), 使用一个位图来管理页, 以位图代替原来的空闲链表结构来表示存储空间, 位图的比特位的数目与系统中物理内存页面数目相同. 若位图中某一位是1, 则标识该页面已经被分配(已用页), 否则表示未被占有(未用页).

在需要分配内存时, 分配器逐位的扫描位图, 直至找到一个能提供足够连续页的位置, 即所谓的最先最佳(first-best)或最先适配位置.

该分配机制通过记录上一次分配的页面帧号(PFN)结束时的偏移量来实现分配大小小于一页的空间, 连续的小的空闲空间将被合并存储在一页上.

Bootmem机制是内核在启动时对内存的一种简单的页面管理方式。 它为建立页表管理代码中的数据结构提供动态分配内存的支持，为了对页面管理机制作准备，Linux使用了一种叫bootmem分配器(bootmem allocator)的机制，这种机制仅仅用在系统引导时，它为整个物理内存建立起一个页面位图。这个位图建立在内核代码映象终点_end上方的地方。这个位图用来管理低区（可被直接一一映射的物理内存区，小于896Mb）。因为在0到896Mb的范围内，有些页面可能保留给内核代码，页目录，以及当前的位图使用，有些页面可能有空洞，因此，建立这个位图的目的就是要用一个比特位的两种状态标记物理页面的状态：已被保留；可被动态分配。Bootmem机制的核心是对Bitmap的操作，相关代码位于mm/bootmem.c和include/linux/bootmem.h中。