内存初始化主要在start_kernel函数中，主要内容有:
1. 从dts中扫描所有物理内存和预留内存，并添加到memblock子系统
2. 给memblock中的所有非预留memory region建立页表映射
3. sparse内存模型初始化
4. 计算每个zone管理内存的大小以及每个zone的free list初始化
5. 释放所有空闲内存块到伙伴系统
６.初始化slab和vmalloc子系统
7.初始化kasan,memleak等各种内存检测模块
1.1 内存扫描
系统支持的内存，是怎么告诉内核的？在伙伴系统和slab没有初始化时,内存分配是怎么进行的？
系统支持的可用内存，一般都在DTS中声明，包含起始物理地址(base),和大小(size),在系统启动时，解析DTS并添加到memblock子系统. memblock子系统，是Linux启动阶段的内存分配接口.
函数调用关系：
start_kernel->setup_arch->setup_machine_fdt->early_init_dt_scan->early_init_dt_scan_nodes->early_init_dt_scan_memory
->early_init_dt_add_memory_arch->memblock_add
预留内存: 一些特殊用途,如记录reset reason,modem子系统的共享内存等，这些内存不会被伙伴系统或者slab系统管理.对用户是不可见的.CMA机制也会预留内存，但最终会被伙伴系统管理.需要专用的cma内存分配接口
2.2页表的映射
2.2.1 Linux内核页表分级
内核启动时进行内存映射, map_mem()->create_mapping()
内核支持4级映射(PGD->PUD->PMD->PTE) ,支持的level由宏CONFIG_PGTABLE_LEVELS定义，目前为3级映射，也即PGD->PMD->PTE
从下图可以知道，每级页表分别使用虚拟地址的9位作为索引，也即每级页表大小为512. 虚拟地址最后12bit作为页内索引.从而表示一个具体的物理地址
虚拟地址到物理地址转换
2.2.2 页表映射
调用关系start_kernel->setup_arch->paging_init->map_mem->__map_memblock
static void __create_mapping(struct mm_struct *mm, pgd_t *pgd,
phys_addr_t phys, unsigned long virt,
phys_addr_t size, pgprot_t prot,
void *(*alloc)(unsigned long size))
{
unsigned long addr, length, end, next;
addr = virt & PAGE_MASK;
length = PAGE_ALIGN(size + (virt & ~PAGE_MASK));
end = addr + length;//映射结束地址
do {
next = pgd_addr_end(addr, end);//下一个PGD的起始映射地址
alloc_init_pud(mm, pgd, addr, next, phys, prot, alloc);//给一个PGD建立对应的PUD,PMD,PTE
phys += next - addr;
} while (pgd++, addr = next, addr != end);//映射下一个PGD表项
}
下面分析PUD的映射
static void alloc_init_pud(struct mm_struct *mm, pgd_t *pgd,
unsigned long addr, unsigned long end,
phys_addr_t phys, pgprot_t prot,
void *(*alloc)(unsigned long size))
{
pud_t *pud;
unsigned long next;
if (pgd_none(*pgd)) {//如果PGD里没有填充PUD,则通过memblock接口分配PUD数组内存，这里我们没有用到PUD,所以PGD=PUD
pud = alloc(PTRS_PER_PUD * sizeof(pud_t));//分配PUD数组
pgd_populate(mm, pgd, pud);//用PUD的物理地址，填充PGD表项
}
pud = pud_offset(pgd, addr);//根据addr从PGD中找到对应的PUD项，这里PUD=PGD
do {
next = pud_addr_end(addr, end);//计算PUD结束地址
alloc_init_pmd(mm, pud, addr, next, phys, prot, alloc);//给PUD建立PMT和PTE
phys += next - addr;
} while (pud++, addr = next, addr != end);//映射下一个PUD,我们这里没有用到PUD，所以直接进行PMD映射
}
PMD表的映射，跟PGD和PUD的映射类似。
static void alloc_init_pmd(struct mm_struct *mm, pud_t *pud,
unsigned long addr, unsigned long end,
phys_addr_t phys, pgprot_t prot,
void *(*alloc)(unsigned long size))
{
pmd_t *pmd;
unsigned long next;
/*
* Check for initial section mappings in the pgd/pud and remove them.
*/
if (pud_none(*pud) || pud_sect(*pud)) {//检查PUD表项是否分配内存
- pmd = alloc(PTRS_PER_PMD * sizeof(pmd_t));
pud_populate(mm, pud, pmd);
flush_tlb_all();
}
BUG_ON(pud_bad(*pud));
pmd = pmd_offset(pud, addr);//从PUD中提出对应的PMD表项
do {
next = pmd_addr_end(addr, end);//计算pmd的结束地址
alloc_init_pte(pmd, addr, next, __phys_to_pfn(phys)，//给PMD建立PTE表项
prot, alloc);
phys += next - addr;
} while (pmd++, addr = next, addr != end);//映射下一个PMD表项
}
最后映射PTE表
static void alloc_init_pte(pmd_t *pmd, unsigned long addr,
unsigned long end, unsigned long pfn,
pgprot_t prot,
void *(*alloc)(unsigned long size))
{
pte_t *pte;
if (pmd_none(*pmd) || pmd_sect(*pmd)) {//检查PMD是否已经建立
pte = alloc(PTRS_PER_PTE * sizeof(pte_t));
if (pmd_sect(*pmd))
split_pmd(pmd, pte);
__pmd_populate(pmd, __pa(pte), PMD_TYPE_TABLE);//填充PMD表
flush_tlb_all();
}
BUG_ON(pmd_bad(*pmd));
pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);//从PMD中找到对应的PTE
do {
set_pte(pte, pfn_pte(pfn, prot));//把物理页帧号设置到对应的PTE表项中，每个PTE表项对应一个4k的page
pfn++;//映射下一个page
} while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);//循环映射下一个表项
}
详细的页表映射可以参考Linux启动时的页表映射