內核內存分配常用函數使用

內核內存分配常用函數使用

1.kmalloc

1>kmalloc內存分配和malloc相似，除非被阻塞否則他執行的速度非常快，而且不對獲得空間清零.

<

tiger說明：在用kmalloc申請函數後，要對起清零

用memset()函數對申請的內存進行清零。

>

2>kamlloc函數原型：

#include

Void *kmalloc(size_t size, int flags);

(1)第一個參數是要分配的塊的大小

(2)第二個參數是分配標志（flags），他提供了多種kmalloc的行為。

(3)第三個最常用的GFP_KERNEL；

A.表示內存分配（最終總是調用get_free_pages來實現實際的分配；這就是GFP前綴的由來）是代表運行在內核空間的進程執行的。使用GFP_KERNEL容許kmalloc在分配空閒內存時候如果內存不足容許把當前進程睡眠以等待。因此這時分配函數必須是可重入的。如果在進程上下文之外如：中斷處理程序、tasklet以及內核定時器中這種情況下current進程不該睡眠，驅動程序該使用GFP_ATOMIC.

B.GFP_ATOMIC

用來從中斷處理和進程上下文之外的其他代碼中分配內存. 從不睡眠.

C.GFP_KERNEL

內核內存的正常分配. 可能睡眠.

D.GFP_USER

用來為用戶空間頁來分配內存; 它可能睡眠.

E.GFP_HIGHUSER

如同 GFP_USER, 但是從高端內存分配, 如果有. 高端內存在下一個子節描述.

F.GFP_NOFS,GFP_NOIO

這個標志功能如同 GFP_KERNEL, 但是它們增加限制到內核能做的來滿足請求. 一個 GFP_NOFS 分配不允許進行任何文件系統調用, 而 GFP_NOIO 根本不允許任何 I/O 初始化. 它們主要地用在文件系統和虛擬內存代碼, 那裡允許一個分配睡眠, 但是遞歸的文件系統調用會是一個壞注意.

上面列出的這些分配標志可以是下列標志的相或來作為參數, 這些標志改變這些分配如何進行:

__GFP_DMA

這個標志要求分配在能夠 DMA 的內存區. 確切的含義是平台依賴的並且在下面章節來解釋.

__GFP_HIGHMEM

這個標志指示分配的內存可以位於高端內存.

__GFP_COLD

正常地, 內存分配器盡力返回"緩沖熱"的頁 -- 可能在處理器緩沖中找到的頁. 相反, 這個標志請求一個"冷"頁, 它在一段時間沒被使用. 它對分配頁作 DMA 讀是有用的, 此時在處理器緩沖中出現是無用的. 一個完整的對如何分配 DMA 緩存的討論看"直接內存存取"一節在第 1 章.

__GFP_NOWARN

這個很少用到的標志阻止內核來發出警告(使用 printk ), 當一個分配無法滿足.

__GFP_HIGH

這個標志標識了一個高優先級請求, 它被允許來消耗甚至被內核保留給緊急狀況的最後的內存頁.

? __GFP_REPEAT

__GFP_NOFAIL

__GFP_NORETRY

這些標志修改分配器如何動作, 當它有困難滿足一個分配. __GFP_REPEAT 意思是" 更盡力些嘗試" 通過重復嘗試 -- 但是分配可能仍然失敗. __GFP_NOFAIL 標志告訴分配器不要失敗; 它盡最大努力來滿足要求. 使用 __GFP_NOFAIL 是強烈不推薦的; 可能從不會有有效的理由在一個設備驅動中使用它. 最後, __GFP_NORETRY 告知分配器立即放棄如果得不到請求的內存.

? 內存區段

__GFP_DMA和__GFP_HIGHMEM的使用與平台相關，Linux把內存分成3個區段：可用於DMA的內存、常規內存、以及高端內存。X86平台上ISA設備DMA區段是內存的前16MB，而PCI設備無此限制。

內存區後面的機制在 mm/page_alloc.c 中實現, 而內存區的初始化在平台特定的文件中, 常常在 arch 目錄樹的 mm/init.c。

3>kamlloc的使用方法：

Linux 處理內存分配通過創建一套固定大小的內存對象池. 分配請求被這樣來處理, 進入一個持有足夠大的對象的池子並且將整個內存塊遞交給請求者. 驅動開發者應當記住的一件事情是, 內核只能分配某些預定義的, 固定大小的字節數組.

如果你請求一個任意數量內存, 你可能得到稍微多於你請求的, 至多是 2 倍數量. 同樣, 程序員應當記住 kmalloc 能夠處理的最小分配是 32 或者 64 字節, 依賴系統的體系所使用的頁大小. kmalloc 能夠分配的內存塊的大小有一個上限. 這個限制隨著體系和內核配置選項而變化. 如果你的代碼是要完全可移植, 它不能指望可以分配任何大於 128 KB. 如果你需要多於幾個 KB, 但是, 有個比 kmalloc 更好的方法來獲得內存。在設備驅動程序或者內核模塊中動態開辟內存，不是用malloc，而是kmalloc ,vmalloc，或者用get_free_pages直接申請頁。釋放內存用的是kfree,vfree，或free_pages. kmalloc函數返回的是虛擬地址(線性地址). kmalloc特殊之處在於它分配的內存是物理上連續的,這對於要進行DMA的設備十分重要. 而用vmalloc分配的內存只是線性地址連續,物理地址不一定連續,不能直接用於DMA.

　　注意kmalloc最大只能開辟128k-16，16個字節是被頁描述符結構占用了。kmalloc用法參見khg.

　　內存映射的I/O口，寄存器或者是硬件設備的RAM(如顯存)一般占用F0000000以上的地址空間。在驅動程序中不能直接訪問，要通過kernel函數vremap獲得重新映射以後的地址。

　　另外，很多硬件需要一塊比較大的連續內存用作DMA傳送。這塊內存需要一直駐留在內存，不能被交換到文件中去。但是kmalloc最多只能開辟大小為32XPAGE_SIZE的內存,一般的PAGE_SIZE=4kB,也就是128kB的大小的內存。

3.kmalloc和vmalloc的區別

? vmalloc()與 kmalloc()都可用於分配內存

? kmalloc()分配的內存處於3GB~high_memory之 間,這段內核空間與物理內存的映射一一對應

?vmalloc()分配的內存在 VMALLOC_START~4GB之間,這段非連續內 存區映射到物理內存也可能是非連續的

? 在內核空間中調用kmalloc()分配連續物理空間,而調用vmalloc()分配非物理連續空間。

? 把kmalloc()所分配內核空間中的地址稱為內核邏輯地址

? 把vmalloc()分配的內核空間中的地址稱 為內核虛擬地址

? vmalloc()在分配過程中須更新內核頁表

總結：

1.kmalloc和vmalloc分配的是內核的內存,malloc分配的是用戶的內存

2.kmalloc保證分配的內存在物理上是連續的, kmalloc()分配的內存在0xBFFFFFFF－0xFFFFFFFF以上的內存中，driver一般是用它來完成對DS的分配，更適合於類似設備驅動的程序來使用；

3.vmalloc保證的是在虛擬地址空間上的連續，vmalloc()則是位於物理地址非連續，虛地址連續區，起始位置由VMALLOL_START來決定，一般作為交換區、模塊的分配。

3.kmalloc能分配的大小有限,vmalloc和malloc能分配的大小相對較大（因為vmalloc還可以處理交換空間）。

4.內存只有在要被DMA訪問的時候才需要物理上連續，vmalloc比kmalloc要慢

5.vmalloc使用的正確場合是分配一大塊，連續的，只在軟件中存在的，用於緩沖的內存區域。不能在微處理器之外使用。

6.vmalloc 中調用了 kmalloc （GFP—KERNEL），因此也不能應用於原子上下文。

7.kmalloc和 kfree管理內核段內分配的內存，這是真實地址已知的實際物理內存塊。

8.vmalloc對應於vfree，分配連續的虛擬內存，但是物理上不一定連續。

9.kmalloc分配內存是基於slab，因此slab的一些特性包括著色，對齊等都具備，性能較好。物理地址和邏輯地址都是連續的