linux内存三大分配器：引导内存分配器，伙伴分配器，slab分配器

一、引导内存分配器

1.引导内存分配器的作用因为内核里面有很多内存结构体，不可能在静态编译阶段就静态初始化所有的这些内存结构体。另外，在系统启动过程中，系统启动后的物理内存分配器本身也需要初始化，如伙伴分配器，那么伙伴分配器如何获取内存来初始化自己呢 ？为了达到这个目标，我们先实现一个满足要求的但是可能效率不高的笨家伙，引导内存分配器。用它来负责系统初始化初期的内存管理, 最重要的, 用它来初始化我们内存的数据结构, 直到我们真正的内存管理器被初始化完成并能投入使用, 我们将旧的内存管理器丢掉。

2.引导内存分配器的原理在Linux内核中使用struct bootmem_data来描述一个引导内存分配，其节点结构下的一个成员，也就是说每一个节点都有一个引导内存分配。 引导内存分配使用struct bootmem_data结构中的node_bootmem_map这个bitmap来呈现memory的状态，一个bit代表一个物理页框，也就是用struct page，如果一个bit为1，表示该page已经被分配了，如果bit是0，则表示该page未被分配。为了能够满足比一个page还小的内存块的分配，引导内存分配器会使用last_pos来记住上次分配所使用的PFN以及上次分配所使用的page内的偏移:last_offset,下次分配的时候结合last_pos和last_offset将细小的内存块分配尽量集中在相同的page中。

3引导内存分配器的缺点尽管引导内存分配器不会造成严重的内存碎片，但是每次分配过程需要线性扫描搜索内存来满足当前的分配。因为是检查bitmap，所以代价比较昂贵，尤其是最先适配（first fit）算法倾向将小块内存放置在物理内存开头，但是这些内存区域在分配大块内存时，也需要扫描，所以该过程十分浪费。所以早期内存分配器在系统启动后就被弃用的原因。

4.bootmem和memblock的比较但是bootmem也有很多问题. 最明显的就是外碎片的问题, 因此内核维护了memblock内存分配器, 同时用memblock实现了一份bootmem相同的兼容API, 即nobootmem, Memblock以前被定义为Logical Memory Block( 逻辑内存块),但根据Yinghai Lu的补丁, 它被重命名为memblock. 并最终替代bootmem成为初始化阶段的内存管理器。 bootmem是通过位图来管理，位图存在地地址段, 而memblock是在高地址管理内存, 维护两个链表, 即memory和reserved。 memory链表维护系统的内存信息(在初始化阶段通过bios获取的), 对于任何内存分配, 先去查找memory链表, 然后在reserve链表上记录(新增一个节点，或者合并) bootmem和memblock都是就近查找可用的内存， bootmem是从低到高找， memblock是从高往低找。 在boot传递给kernel memory bank相关信息后，kernel这边会以memblcok的方式保存这些信息，当伙伴系统没有起来之前，在内核中也是要有一套机制来管理memory的申请和释放。linux内核可以通过宏定义选择nobootmem 或者bootmem 来在伙伴起来之前管理内存。这两种机制对提供的API是一致的，因此对用户是透明的

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5.bootmem小分析bootmem结构体位于文件include/linux/bootmem.h：

bootmem接口函数： 1）bootmem分配内存函数：alloc_bootmem 2）bootmem释放内存函数：free_bootmem

6.memblock结构解析memblock结构体位于include/linux/memblock.h文件：

memblock体系的结构：

7.memblock接口函数解析1）memblock添加内存区域函数:

我们继续追memblock_add_range：

2）memblock删除内存区域函数:memblock_remove

memblock_remove_range：

3）memblock分配内存函数:memblock_alloc

4）memblock释放内存函数:memblock_free

7.memblock启动流程 1）解析设备树中的/memory，把所有物理内存添加到memblock 2）在memblock_init中初始化memblock linux启动从init/main.c文件的start_kernel函数开始，然后从文件setup_arch（arch/arm64/kernel/setup.c文件中）函数检测处理器类型，初始化处理器和内存，其中的arm64_memblock_init（arch/arm64/mm/init.c文件中）函数就是arm64架构的memblock初始化流程。

最后，引导内存分配器退休，会将物理内存填充到伙伴分配器中，移交给伙伴分配器进行管理。

原文作者：人人极客社区