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上一次咱們分析了 Linux 的啟動流程和初始化流程，今天主要分析一下內(nèi)存方面的初始化和常見的內(nèi)存分配方式。

在 start_kernel 內(nèi)核初始化函數(shù)中，一共調(diào)用 86 個函數(shù)去初始化，其中有一個 mm_init 函數(shù)，用以初始化內(nèi)存。

start_kernel 
    |--->mm_init 
        |--->mem_init 

linux4.14/init/main.c

在 mem_init 函數(shù)中會初始化伙伴系統(tǒng)和 slab 分配器。

先說兩個概念：

外部碎片：有一段小內(nèi)存，夾在兩個大內(nèi)存中間，兩個大內(nèi)存已經(jīng)被分配給進(jìn)程，這一段小內(nèi)存由于過小，不夠申請者使用，就一直空閑。

內(nèi)部碎片：一個進(jìn)程申請了一段內(nèi)存，可是這個進(jìn)程從來沒有全部使用，一直有最后的一段內(nèi)存沒有使用。

為了解決這兩個問題，就出現(xiàn)了伙伴系統(tǒng)和 slab 分配器。伙伴系統(tǒng)解決外部碎片問題，slab 分配器解決內(nèi)部碎片問題。

1、伙伴系統(tǒng)基于頁分配，一次分配多頁，這樣就不會出現(xiàn)夾在中間的小內(nèi)存。

2、slab 分配器基于字節(jié)來分配，特別適用于需要頻繁分配幾十個字節(jié)的結(jié)構(gòu)體，我們經(jīng)常使用的 kmalloc 就是基于 slab 分配器。

3、其實所有的分配方式最底層都是伙伴系統(tǒng)，它先分配好一段大的內(nèi)存，然后 slab 再從其中分配小的內(nèi)存。

具體分析請看鏈接：

https://www.cnblogs.com/arnoldlu/p/8251333.html

這里列出了常見的內(nèi)存分配 API 接口。

其中最常用的就是 malloc 和 kmalloc，區(qū)別在于一個在用戶空間，一個在內(nèi)核空間，并且 kmalloc 的使用需要注意競爭，需要指明 flag 。

void *kmalloc(size_t size, int flags); 

內(nèi)核編程(驅(qū)動編程)一定要注意競爭問題，重要的數(shù)據(jù)或者內(nèi)存使用前后一定要加鎖。

在 kmalloc 的使用過程中，常用標(biāo)志位：GFP_KERNEL、GFP_ATOMIC、GFP_USER、GFP_HIGHUSER、GFP_NOIO、GFP_NOFS。

前兩個最常用，GFP_KERNEL 代表在使用 kmalloc 分配內(nèi)存時，如果內(nèi)存準(zhǔn)備不足，會等待，也就是會睡眠。GFP_ATOMIC 代表使用 kmalloc 分配內(nèi)存時，如果內(nèi)存準(zhǔn)備不足，會立刻返回，不會引起睡眠，適合在中斷上下文或者進(jìn)程上下文中使用。

補(bǔ)充：

1、基于 slab 分配器，出現(xiàn)了 slob 和 slub 分配器。在多核大系統(tǒng)大內(nèi)存中，一般使用 slub 分配器，在極小的嵌入式系統(tǒng)中，一般使用 slob 分配器(只有600多行代碼)。

2、有的人可能知道 Linux 有一個 bootmem 分配器，這個是在Linux初始化過程中的一個臨時分配器，他會在 setup_arch 函數(shù)中初始化，然后在 mm_init 中關(guān)掉，只是在伙伴系統(tǒng)出現(xiàn)之前的臨時使用。

bootmem 分配器按塊進(jìn)行分配，顆粒度很大，不夠精細(xì)，比較浪費內(nèi)存。bootmem 分配器只會在 start_kernel 函數(shù)和mm_init 函數(shù)之前存在，中間的函數(shù)會調(diào)用它進(jìn)行內(nèi)存分配。

start_kernel 
    |--->setup_arch 
        |--->paging_init 
            |--->bootmem_init