日期:2014-05-16 浏览次数:20770 次
初看起来,slab系统的初始化不是特别麻烦,因为伙伴系统已经完全启用,内核没有受到其他特别的限制。尽管如此,由于slab分配器的结构所致,这里有一个鸡与蛋的问题。为初始化slab数据结构,内核需要若干远小于一整页的内存块,这些最适合由kmalloc分配。这里是关键所在:只有在slab系统已经启用之后,才能使用kmalloc。更确切的说,该问题涉及kmalloc的Per-CPU缓存的初始化。在这些缓存能初始化之前,kmalloc必须可以用来分配所需的内存空间,而kmalloc自身也处于初始化的过程中,所以这是一个不可能完成的场景,内核必须借助一些技巧。内核中使用kmem_cache_init函数用于初始化slab分配器。它在内核初始化阶段(start_kernel)、伙伴系统启用之后调用。kmem_cache_init采用了一个多步骤的过程,逐步激活slab分配器。
kmem_cache_init可以分为六个阶段:
第一个阶段:是根据kmem_cache来设置cache_cache的字段值;
第二个阶段:首先是创建arraycache_init对应的高速缓存,同时也是在这个kmem_cache_create的调用过程中,创建了用于保存cache的kmem_cache的slab,并初始化了slab中的各个对象;
第三个阶段:创建kmem_list3对应的高速缓存,在这里要注意的一点是,如果sizeof(arraycache_t)和sizeof(kmem_list3)的大小一样大,那么就不再使用kmem_cache_create来为kmem_list3创建cache了,因为如果两者相等的话,两者就可以使用同一个cache;
第四个阶段:创建并初始化所有的通用cache和dma cache;
第五个阶段:创建两个arraycache_init对象,分别取代cache_cache中的array字段和malloc_sizes[INDEX_AC].cs_cachep->array字段;
第六个阶段:创建两个kmem_list3对象,取代cache_cache中的kmem_list3字段和malloc_sizes[INDEX_AC].cs_cachep->nodelist3字段.如此一来,经过上面的六个阶段后,所有的初始化工作基本完成了。
kmem_cache_init源代码详细分析如下:
void __init kmem_cache_init(void) { size_t left_over; struct cache_sizes *sizes; struct cache_names *names; int i; int order; int node; /* 在slab初始化好之前,无法通过kmalloc分配初始化过程中必要的一些对象 ,只能使用静态的全局变量 ,待slab初始化后期,再使用kmalloc动态分配的对象替换全局变量 */ /* 如前所述,先借用全局变量initkmem_list3表示的slab三链 ,每个内存节点对应一组slab三链。initkmem_list3是个slab三链数组,对于每个内存节点,包含三组 :struct kmem_cache的slab三链、struct arraycache_init的slab 三链、struct kmem_list3的slab三链 。这里循环初始化所有内存节点的所有slab三链 */ if (num_possible_nodes() == 1) { use_alien_caches = 0; numa_platform = 0; } for (i = 0; i < NUM_INIT_LISTS; i++) {//初始化所有node的所有slab中的三个链表 kmem_list3_init(&initkmem_list3[i]); if (i < MAX_NUMNODES) cache_cache.nodelists[i] = NULL;//全局静态变量cache_cache,这个变量是用来管理所有缓存的kmem_cache的, 也就是说,在初始化阶段,将会创建一个slab,用来存放所有缓存的kmem_cache } /* * Fragmentation resistance on low memory - only use bigger * page orders on machines with more than 32MB of memory. */ if (num_physpages > (32 << 20) >> PAGE_SHIFT)//num_physpages是记录系统实际存在物理内存的总页数,如果大于32M slab_break_gfp_order = BREAK_GFP_ORDER_HI;//才可以创建高阶指数内存页数的高速缓存内存对象 /* Bootstrap is tricky, because several objects are allocated * from caches that do not exist yet: * 1) initialize the cache_cache cache: it contains the struct * kmem_cache structures of all caches, except cache_cache itself: * cache_cache is statically allocated. * Initially an __init data area is used for the head array and the * kmem_list3 structures, it's replaced with a kmalloc allocated * array at the end of the bootstrap. * 2) Create the first kmalloc cache. * The struct kmem_cache for the new cache is allocated normally. * An __init data area is used for the head array. * 3) Create the remaining kmalloc caches, with minimally sized * head arrays. * 4) Replace the __init data head arrays for cache_cache and the first * kmalloc cache with kmalloc allocated arrays. * 5) Replace the __init data for kmem_list3 for cache_cache and * the other cache's with kmalloc allocated memory. * 6) Resize the head arrays of the kmalloc caches to their final sizes. */ node = numa_node_id();//获取当前的内存结点号 //第一步,创建struct kmem_cache所在的cache,由全局变量cache_cache指向,这里只是初始化数据结构,并未真正创建这些对象,要待分配时才创建。全局变量cache_chain是内核slab cache链表的表头 INIT_LIST_HEAD(&cache_chain);//初始化保存所有slab cache的全局链表cache_chain list_add(&cache_cache.next, &cache_chain);//将cache_cache加入到slab cache链表 cache_cache.colour_off = cache_line_size();//设置cache着色基本单位为cache line的大小:32字节 cache_cache.array[smp_processor_id()] = &initarray_cache.cache;//初始化cache_cache的local cache,同样这里也不能使用kmalloc,需要使用静态分配的全局变量initarray_cache cache_cache.nodelists[node] = &initkmem_list3[CACHE_C