Linux內核啟動過程中打印的內存信息是怎麼計算的

對於一個這樣的參數 mem=151M mem=118M@768M 內核中是怎麼處理的已經在前篇文章裡提到。這裡再詳細分析一下由這三個數據而引發的一連串的計算。使用這個參數的內核在啟動過程中打印的內存信息：

1. [ 0.000000] Determined physical RAM map:
2. [ 0.000000] memory: 04000000 @ 00000000 (usable)
3. [ 0.000000] User-defined physical RAM map:
4. [ 0.000000] memory: 09700000 @ 00000000 (usable)
5. [ 0.000000] memory: 07600000 @ 30000000 (usable)
6. [ 0.000000] Zone PFN ranges:
7. [ 0.000000] Normal 0x00000000 -> 0x00020000
8. [ 0.000000] HighMem 0x00020000 -> 0x00037600
9. [ 0.000000] Movable zone start PFN for each node
10. [ 0.000000] early_node_map[2] active PFN ranges
11. [ 0.000000] 0: 0x00000000 -> 0x00009700
12. [ 0.000000] 0: 0x00030000 -> 0x00037600
13. [ 0.000000] On node 0 totalpages: 68864
14. [ 0.000000] Normal zone: 1152 pages used for memmap
15. [ 0.000000] Normal zone: 0 pages reserved
16. [ 0.000000] Normal zone: 37504 pages, LIFO batch:7
17. [ 0.000000] Initialising map node 0 zone 0 pfns 0 -> 131072
18. [ 0.000000] HighMem zone: 842 pages used for memmap
19. [ 0.000000] HighMem zone: 29366 pages, LIFO batch:7
20. [ 0.000000] Initialising map node 0 zone 1 pfns 131072 -> 226816
21. [ 0.000000] Built 1 zonelists in Zone order, mobility grouping on. Total pages: 66870
22. …………
23. [ 0.092000] Memory: 266060k/154624k available (3044k kernel code, 9152k reserved, 1166k data, 152k init, 120832k highmem)

這裡的“Determined physical RAM map:”和“User-defined physical RAM map:”便是由arch_mem_init函數根據boot_mem_map裡面的信息打印的。前者是自動檢測的，後者是啟動參數指定的。並且前者會被後者覆蓋，除非啟動參數中不指定mem參數。

下面對這一大堆數據慢慢地做做計算， 看看它們到底是怎麼得來的。

1. [ 0.000000] Zone PFN ranges:
2. [ 0.000000] Normal 0x00000000 -> 0x00020000
3. [ 0.000000] HighMem 0x00020000 -> 0x00037600
4. [ 0.000000] Movable zone start PFN for each node
5. [ 0.000000] early_node_map[2] active PFN ranges
6. [ 0.000000] 0: 0x00000000 -> 0x00009700
7. [ 0.000000] 0: 0x00030000 -> 0x00037600

代碼位置：head.S --> start_kernel --> setup_arch --> arch_mem_init --> paging_init --> free_area_init_nodes

這一段log就是由free_area_init_nodes函數打印的。
Zone PFN ranges打印的是每個Zone最小和最大可能的PFN取值。這只是一個允許的取值范圍，並不一定是真正用到的PFN值。真正使用的PFN肯定是該范圍的一個子集。我們的系統中配置有兩個Zone分別是Normal和HighMem.

1. [ 0.000000] Normal 0x00000000 -> 0x00020000

Normal Zone的PFN范圍從0到0x20000，換算成物理地址既是從0到512M（0x20000*4K=512M，每個Page大小為4K）。那麼0x20000是怎麼得來的呢？只能去源代碼中找答案了。arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_NORMAL] 值其實是從max_zone_pfns[ZONE_NORMAL]得來的，在paging_init函數中有max_zone_pfns[ZONE_NORMAL] = max_low_pfn; 所以0x20000其實就是全局變量max_low_pfn的值，它表示（猜測）低端內存最大允許的PFN值，對應的還有min_low_pfn. 這兩個全局變量在bootmem_init()函數中計算。
計算方法是： 遍歷boot_mem_map，找到最大的RAM物理地址，計算其PFN賦給max_low_pfn。但是如果已經超過了HIGHMEM_START，則把HIGHMEM_START的PFN值賦給max_low_pfn。
在我們的系統中HIGHMEM_START為512M，而啟動參數配置的最大RAM地址0x37600000（即768M+118M=886M）已經超過了512M，所以max_low_pfn=0x20000.

1. [ 0.000000] HighMem 0x00020000 -> 0x00037600

如果啟動參數配置的最大RAM地址超過了HIGHMEM_START，那麼超過的部分就屬於ZONE_HIGHMEM了。highstart_pfn就是0x20000, 而highend_pfn則是配置的最大RAM，即0x37600000， 換算成pfn就是0x00037600.

TODO: 如果板子上的RAM實際只有512M，那麼配置了highmem會怎麼處理呢？會映射到真正的RAM上嗎？

1. [ 0.000000] Movable zone start PFN for each node

我們沒有配置Movable Zone, 所以這裡什麼也不打印。 啟動參數kernelcore和movablecore可以用來指定Movable Zone的大小。

1. [ 0.000000] early_node_map[2] active PFN ranges
2. [ 0.000000] 0: 0x00000000 -> 0x00009700
3. [ 0.000000] 0: 0x00030000 -> 0x00037600

這裡才是真正使用到的PFN范圍。也就是從0到151M, 768M到768+118=886M
是從early_node_map數組中打印的，該數組由    add_active_range(0, start, end);填充。函數調用過程為：
head.S --> start_kernel --> setup_arch  --> arch_mem_init --> bootmem_init --> add_active_range

1. /**
2. * add_active_range - Register a range of PFNs backed by physical memory
3. * @nid: The node ID the range resides on
4. * @start_pfn: The start PFN of the available physical memory
5. * @end_pfn: The end PFN of the available physical memory
6. *
7. * These ranges are stored in an early_node_map[] and later used by
8. * free_area_init_nodes() to calculate zone sizes and holes. If the
9. * range spans a memory hole, it is up to the architecture to ensure
10. * the memory is not freed by the bootmem allocator. If possible
11. * the range being registered will be merged with existing ranges.
12. */