內(nèi)核內(nèi)存分配常用函數(shù)使用

1.kmalloc

kmalloc內(nèi)存分配和malloc相似，除非被阻塞否則他執(zhí)行的速度非常快，而且不對(duì)獲得空間清零.
<
tiger說明：在用kmalloc申請(qǐng)函數(shù)后，要對(duì)起清零
用memset()函數(shù)對(duì)申請(qǐng)的內(nèi)存進(jìn)行清零。
>

kamlloc 函數(shù)原型

void *kmalloc(size_t size, int flags);

(1)第一個(gè)參數(shù)是要分配的塊的大小

(2)第二個(gè)參數(shù)是分配標(biāo)志（flags），他提供了多種kmalloc的行為。

(3)第三個(gè)最常用的GFP_KERNEL；

A.表示內(nèi)存分配（最終總是調(diào)用get_free_pages來實(shí)現(xiàn)實(shí)際的分配；這就是GFP前綴的由來）是代表運(yùn)行在內(nèi)核空間的進(jìn)程執(zhí)行的。使用GFP_KERNEL容許kmalloc在分配空閑內(nèi)存時(shí)候如果內(nèi)存不足容許把當(dāng)前進(jìn)程睡眠以等待。因此這時(shí)分配函數(shù)必須是可重入的。如果在進(jìn)程上下文之外如：中斷處理程序、tasklet以及內(nèi)核定時(shí)器中這種情況下current進(jìn)程不該睡眠，驅(qū)動(dòng)程序該使用GFP_ATOMIC.

B.GFP_ATOMIC：用來從中斷處理和進(jìn)程上下文之外的其他代碼中分配內(nèi)存. 從不睡眠.

C.GFP_KERNEL：內(nèi)核內(nèi)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(nèi)存; 它可能睡眠.

E.GFP_HIGHUSER：如同 GFP_USER, 但是從高端內(nèi)存分配, 如果有. 高端內(nèi)存在下一個(gè)子節(jié)描述.

F.GFP_NOFS,GFP_NOIO：這個(gè)標(biāo)志功能如同 GFP_KERNEL, 但是它們?cè)黾酉拗频絻?nèi)核能做的來滿足請(qǐng)求. 一個(gè) GFP_NOFS 分配不允許進(jìn)行任何文件系統(tǒng)調(diào)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(tǒng)和虛擬內(nèi)存代碼, 那里允許一個(gè)分配睡眠, 但是遞歸的文件系統(tǒng)調(diào)用會(huì)是一個(gè)壞注意.

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

__GFP_DMA

這個(gè)標(biāo)志要求分配在能夠 DMA 的內(nèi)存區(qū). 確切的含義是平臺(tái)依賴的并且在下面章節(jié)來解釋.

__GFP_HIGHMEM

這個(gè)標(biāo)志指示分配的內(nèi)存可以位于高端內(nèi)存.

__GFP_COLD

正常地, 內(nèi)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(gè)標(biāo)志請(qǐng)求一個(gè)”冷”頁, 它在一段時(shí)間沒被使用. 它對(duì)分配頁作 DMA 讀是有用的, 此時(shí)在處理器緩沖中出現(xiàn)是無用的. 一個(gè)完整的對(duì)如何分配 DMA 緩存的討論看”直接內(nèi)存存取”一節(jié)在第 1 章.

__GFP_NOWARN

這個(gè)很少用到的標(biāo)志阻止內(nèi)核來發(fā)出警告(使用 printk ), 當(dāng)一個(gè)分配無法滿足.

__GFP_HIGH

這個(gè)標(biāo)志標(biāo)識(shí)了一個(gè)高優(yōu)先級(jí)請(qǐng)求, 它被允許來消耗甚至被內(nèi)核保留給緊急狀況的最后的內(nèi)存頁.

__GFP_REPEAT
__GFP_NOFAIL
__GFP_NORETRY

這些標(biāo)志修改分配器如何動(dòng)作, 當(dāng)它有困難滿足一個(gè)分配. __GFP_REPEAT 意思是” 更盡力些嘗試” 通過重復(fù)嘗試 — 但是分配可能仍然失敗. __GFP_NOFAIL 標(biāo)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(qiáng)烈不推薦的; 可能從不會(huì)有有效的理由在一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)中使用它. 最后, __GFP_NORETRY 告知分配器立即放棄如果得不到請(qǐng)求的內(nèi)存.

內(nèi)存區(qū)段

__GFP_DMA和__GFP_HIGHMEM的使用與平臺(tái)相關(guān)，Linux把內(nèi)存分成3個(gè)區(qū)段：可用于DMA的內(nèi)存、常規(guī)內(nèi)存、以及高端內(nèi)存。X86平臺(tái)上ISA設(shè)備DMA區(qū)段是內(nèi)存的前16MB，而PCI設(shè)備無此限制。

內(nèi)存區(qū)后面的機(jī)制在 mm/page_alloc.c 中實(shí)現(xiàn), 而內(nèi)存區(qū)的初始化在平臺(tái)特定的文件中, 常常在 arch 目錄樹的 mm/init.c。

kamlloc 的使用方法

Linux 處理內(nèi)存分配通過創(chuàng)建一套固定大小的內(nèi)存對(duì)象池. 分配請(qǐng)求被這樣來處理, 進(jìn)入一個(gè)持有足夠大的對(duì)象的池子并且將整個(gè)內(nèi)存塊遞交給請(qǐng)求者. 驅(qū)動(dòng)開發(fā)者應(yīng)當(dāng)記住的一件事情是, 內(nèi)核只能分配某些預(yù)定義的, 固定大小的字節(jié)數(shù)組.

如果你請(qǐng)求一個(gè)任意數(shù)量?jī)?nèi)存, 你可能得到稍微多于你請(qǐng)求的, 至多是 2 倍數(shù)量. 同樣, 程序員應(yīng)當(dāng)記住 kmalloc 能夠處理的最小分配是 32 或者 64 字節(jié), 依賴系統(tǒng)的體系所使用的頁大小. kmalloc 能夠分配的內(nèi)存塊的大小有一個(gè)上限. 這個(gè)限制隨著體系和內(nèi)核配置選項(xiàng)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于 128 KB. 如果你需要多于幾個(gè) KB, 但是, 有個(gè)比 kmalloc 更好的方法來獲得內(nèi)存。在設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序或者內(nèi)核模塊中動(dòng)態(tài)開辟內(nèi)存，不是用malloc，而是kmalloc ,vmalloc，或者用get_free_pages直接申請(qǐng)頁。釋放內(nèi)存用的是kfree,vfree，或free_pages. kmalloc函數(shù)返回的是虛擬地址(線性地址). kmalloc特殊之處在于它分配的內(nèi)存是物理上連續(xù)的,這對(duì)于要進(jìn)行DMA的設(shè)備十分重要. 而用vmalloc分配的內(nèi)存只是線性地址連續(xù),物理地址不一定連續(xù),不能直接用于DMA.

注意kmalloc最大只能開辟128k-16，16個(gè)字節(jié)是被頁描述符結(jié)構(gòu)占用了。kmalloc用法參見khg.

內(nèi)存映射的I/O口，寄存器或者是硬件設(shè)備的RAM(如顯存)一般占用F0000000以上的地址空間。在驅(qū)動(dòng)程序中不能直接訪問，要通過kernel函數(shù)vremap獲得重新映射以后的地址。

另外，很多硬件需要一塊比較大的連續(xù)內(nèi)存用作DMA傳送。這塊內(nèi)存需要一直駐留在內(nèi)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(nèi)存,一般的PAGE_SIZE=4kB,也就是128kB的大小的內(nèi)存。

2.kmalloc 和 vmalloc的區(qū)別

vmalloc()與 kmalloc()都可用于分配內(nèi)存
kmalloc()分配的內(nèi)存處于3GB~high_memory之間,這段內(nèi)核空間與物理內(nèi)存的映射一一對(duì)應(yīng)
vmalloc()分配的內(nèi)存在 VMALLOC_START~4GB之間,這段非連續(xù)內(nèi)存區(qū)映射到物理內(nèi)存也可能是非連續(xù)的
在內(nèi)核空間中調(diào)用kmalloc()分配連續(xù)物理空間,而調(diào)用vmalloc()分配非物理連續(xù)空間。
把kmalloc()所分配內(nèi)核空間中的地址稱為內(nèi)核邏輯地址
把vmalloc()分配的內(nèi)核空間中的地址稱為內(nèi)核虛擬地址
vmalloc()在分配過程中須更新內(nèi)核頁表