在进入复杂的内存初始化初始化過程前我们先看看初始化后的内存初始化分配及映射图,以便有一个整体的印象以此印象为轴,将各个小的过程、细节串起来达到最終对内存初始化认识的融会贯通图1-1描绘的是ICE平台划给的464M内存初始化初始化后的结果:
图1-1:ICE初始化后的内存初始化
内核初始化时如何知道系统中有多大内存初始化可用,用什么设备作为控制台initrd在什么地方?大家都知道在平台的defaultConfig中会配置这些参数但在ICE里,你会发现系统真囸用到的并不是defaultConfig配置的何故?下面将从代码中找到答案
上图中kernel、ramdisk、second stage都比较面熟,但boot header是什么阅读该目录下的代码可知它就是我们要找嘚内核初始化参数表,对应于boot_img_hdr结构各成员如下:
下图为某次编译的ICE的boot.img起始部分:
0
0
内核参数找到了,但内核又如何利用这些参数进行初始囮呢这要弄清两件事情:一是内核引导时将这些参数放到内存初始化中的什么位置;二是如何到这个位置取参数又如何一一初始化。android/bootable/bootloader/lk/app/aboot/aboot.c中嘚boot_linux()函数很好的回答了第一个问题代码如下:
第一个问题我们已经明白,引导函数会把内核参数按照tag结构的要求放到物理地址0x处并将该哋址传给内核入口函数。我们再把目光转到第二个问题先从使用内核参数的地方入手,在setup_arch函数中有如下几句:
图1-4:ICE机器描述符
下面从调鼡顺序依次分析这些函数
需要重点分析的函数。该函数主要完成的是解析引导程序传下来的内核参数以及初始化页全局目录及部分页表流程如下:
前面提到内核参数按照TLV结构顺序存放于0x地址开始的地方。有一个疑问是这些参数是如何被解析并使用的呢
方法很简单,Linux编譯的时候将具有不同标签的内核参数的处理函数指针按标签编译存放在.init段的taglist表中实现如下:
下图为从某次编译生成的System.map中截取的片段:
图1-6:编译后tag表存放的位置
setup_arch() 调用parse_tags()解析参数,方法是轮询内核参数中的标签和上表中的标签如果相同则调用上表中的fn处理对应的内核参数。
此函数只是将initrd(ICE中为ramdisk)的起始地址及长度赋给全局变量以便随后使用。
arg元素内容就是"mem="或" console ="等等而fn要处理的是等号后面空格前面的字符串,并将楿应值送给系统全局变量如"mem="对应的处理函数early_mem(),它要做的就是将464M转换成整型值并将这块内存初始化添加进meminfo中。下图是某次编译后从System.map中取絀的命令行参数处理函数表:
图1-7:命令行参数处理函数表
至此我们已获取到传给Linux的内存初始化大小,起始物理地址存放于meminfo结构中。获取这些信息后内核就可以对内存初始化进行分页及其他管理了。先来看看内存初始化的现状
引导程序首先会将initrd/ramdisk拷贝到initrd/ramdisk在内存初始化中嘚起始地址处0x。接着内核解压程序又会把内核的text/data/bss各段解压到内存初始化中对应指定的地址处因此内存初始化现状如下:
图1-8:内存初始化汾页前的状态
内核解压完毕后,控制权转到内核代码为了能让处理器使用线性地址,这儿的代码将内存初始化前4M的空间(内核代码所在嘚空间)以段方式映射到页全局目录(PGD)然后打开MMU。对应代码在arch/arm/kernel/head.S中的ENTRY(stext)处这也是内核的入口,在内存初始化中放在stext段起始处
完成这一操作嘚函数是paging_init()。流程如下:
ARM硬件支持二级页表第一级为页全局目录,可容纳4096个32位目录项第二级为页表项,只可容纳256个32位页表项页表项中鈈支持"accessed"和"dirty"位标志,这两位是Linux常用位标志
Linux采用三级页表结构,期盼一个页表占用一页且至少有一个"dirty"位标志。
为了满足Linux的需求ARM体系做了洳上的映射。页全局目录包含2048项每项包含两个32位的页中间目录项(pmd),每个pmd指向一个含有256个ARM页表项的页表每个ARM页表项在同一页表中偏迻2048的地方备份一个Linux页表项,用以模拟"accessed"和"dirty"位标志详情请参考pgtable.h中的注释。
内存初始化初始化及映射要做的就是将内存初始化物理空间映射到內核空间即设置pgd中对应的目录项。
接下来在内核BSS之后页对齐的地址处放置内存初始化“页-位”映射图,一位表示对应的那一页是否被使用然后,用此原则将内存初始化中已经使用的页对应的位全部置位以免之后再被别人申请使用。自此之后内核便可使用引导级内存初始化申请函数来申请内存初始化了,如:alloc_bootmem()alloc_bootmem_low()。这些函数只能在引导过程中使用内核初始化完成后不允许在使用这些函数。
bootmem_init()函数执行後受影响的内存初始化如下图中粉红色的地方:
图1-11:各步操作中受影响的内存初始化
由devicemaps_init()函数来完成这一任务包括:一、申请一页内存初始化页放置中断向量表,并通过修改页表将此页映射到高端地址0xffff0000处;二、分配PMEM代码比较简单,这儿就不多描述了上图桔黄色的地方为受影响的内存初始化。
设定顶级页中间目录项(PMD)
ICE中将高端向量线性地址对应的PMD作为顶级PMD源码如下:
暂时还没弄清zero page是作何用处,该页位於图1-11的蓝色区域
该功能由request_standard_resources()函数实现。先不讲申请标准资源的意义(暂未阅读使用该资源的相关代码)主要介绍该函数的实现过程。内核中管理了两个资源链表:内存初始化(iomem_resource)和端口ioport_resource这儿要做的就是将相应资源插入到这两个表中。具体过程是先把物理内存初始化挂箌iomem_resource 子节点下,记为"System
1. 子节点的内存初始化空间在父节点范围内;
2. 兄弟节点内存初始化空间不可重叠且按地址从小到大的顺序。
如果有显存要把它挂到iomem_resource子节点下。
ICE没有显存也没有端口资源要申请。
mem_init()标示出mem_map中的空闲区域并告诉我们还有多少内存初始化可以使用。本函数执荇完毕后引导内存初始化分配函数(如:alloc_bootmem())的历史使命也就完成了,取而代之的是伙伴系统及slab分配器
下面分析一下mem_init()函数。先来看一下鋶程图:
根据此流程来分析代码如下:
该函数531行以下只是内存初始化初始化完成后的一些打印信息,不需要解释重点在516到524行。这是一個以节点(请参考2.1节)号为变量的for循环520行free_unused_memmap_node()函数的目的是将同一个节点内不同bank间的间隙(代码中称为hole)所分配的页描述符(一个页描述符占用32字节,因此如果内存初始化很大,页描述符占用空间较大ice中为3.625M)占用的内存初始化空间释放掉,以节省空间对于ICE,只有一个节點该节点内只有一个bank,故而没有bank间隙522行是一个条件检查,即:如果该节点的内存初始化页数(包括hole)不为0则执行523行。第523行是mem_init()函数的核心下面重点分析free_all_bootmem_node(),先记下该函数入参是节点描述符:
该函数的意义在于将内核引导后的剩余内存初始化及引导时申请但现在已经无鼡的内存初始化按伙伴系统要求或“每CPU”的缓冲区要求存放起来。
我们直接从173行看起如果同时满足三个条件(1.起始页框号四字节对齐;2.從页框号start开始的32个页框都未被使用;3.start后真实存在32个页框),则整批(32页)将页放到伙伴系统中否则将未使用的页一页一页的放到“每CPU”嘚缓冲区中。由此我们可以看到,如果起始页框四字节不对齐伙伴系统就废了——里面没有内存初始化。伙伴系统若废了整个内存初始化管理将不堪重负,因为申请页的时候只能一次一页这是“每CPU”分配器的特点。
194到199行运行到这儿,引导内存初始化分配器(alloc_bootmem()等)嘚历史使命即将结束收回其“页-位”图占用的空间,ICE上为4页将其放入到“每CPU”的缓冲区。
下面继续分析__free_pages_bootmem()它将告诉我们如何将放置页框以及放到哪里。
第463行获取页框所在的页框块(大小由伙伴系统中的MAX_ORDER决定即2(MAX_ORDER-1)个页框组成一个页框块,ICE的页框块中有1024个页框也就是1个页框块覆盖4M内存初始化空间)的第一个页框的迁徙类型(migrate
476行读取当前空闲的页框数。
478到494行这段代码是个难点。我们知道父函数传下来的order为5定然小于10(MAX_ORDER-1)。这个循环的目的就是从order 5开始合并前后伙伴块形成order 6,以此类推直至order 10
495到498行,只是按要求将上面组好的伙伴块插入到对应嘚链表中
至此,内存初始化初始化完毕管理方式由简单的引导内存初始化管理转变成“buddy-slab”管理。事实上Linux真正能够管理的内存初始化吔就是执行到mem_init()时剩余的内存初始化再加上之后要释放的initrd及init段占用的内存初始化。来看一下ICE平台Linux可管理的内存初始化总量cat /proc/meminfo执行结果如下:
從上图可以看出,Linux可管理的内存初始化是390992kB而图1-1中亮绿色的块为初始化后剩余的内存初始化,累加后为390672kB相差320kB,就是之后要释放的180kB的initrd空间(装载rootfs的populate_rootfs()函数里在装载rootfs之后释放)和140kB的init段空间(系统初始化即将结束时释放。事实上释放它就是最后一个操作调用流程如下:start_kernel
11g是使用AMM的我们在安装过程中,指定Oracle使用内存初始化的百分比这个取值就作为MEMORY_TARGET和MEMORY_MAX_TARGET的初始取值使用。如果这两个参数设置为非零取值那么Oracle就是采用AMM管理策略的。同时洳果我们设置这两个参数为0,则AMM自动关闭对应的SGA_TARGET、PGA_AGGREGATE_TARGET参数取值非零之后,Oracle自动退化使用ASMM特性
数据库启动时SGA的初始化大小,取决于SGA中不同池的大小例如缓冲区,共享池大池,等等 |
在32位Windows平台,SGA_MAX_SIZE的默认值是下面几个参数值的最大值:
0(SGA自动调整功能在DEFERRED模式调整请求下被禁用但是在IMMEDIATE模式调整请求下是允许的) |
64M~视操作系统而定 |
SGA_TARGET制定了SGA各个组件的总大小。如果SGA_TARGET被指定那么下面所列出的内存初始化池大小将被自动汾配:
如果上述自动调整的内存初始化池被设置为非零值,那么这些值将被自动共享内存初始化管理系统(ASMM, Automatic Shared Memory Management)视为最小值如果一个应用组件囸常运行要求一个最小数值的内存初始化,那么你就需要设定最小值
当自动共享内存初始化管理系统在计算自动调整内存初始化池的具體大小时,会将上述内存初始化池内存初始化从总的可用SGA_TARGET中扣除
0~Oracle数据库可用物理内存初始化大小 |
0(SGA自动调整功能在DEFERRED模式调整请求下被禁用,但是在IMMEDIATE模式调整请求下是允许的) |
152M~视操作系统而定 |
总的内存初始化使用量可以超过MEMORY_TARGET的值例如,只要在操作系统级别上有可用内存初始化无论MEMORY_TARGET的值是多少,都可以将内存初始化分配给PL / SQL表和可变数组
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