内核申请内存的方法

Posted 2022-03-08 今天天气眞好

文章目录

• • 1.kmalloc
  • 2.vmalloc
  • 3.kzalloc
  • 4.DMA
  • 5.ioremap
  • 6.kmalloc和vmalloc以及malloc的区别
  • 7.malloc的底层实现
  • 8.内核程序中申请内存和应用程序时申请内存有什么区别？

1.kmalloc

原型：void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags);
①申请连续的物理内存，这对于要进行 DMA 的设备十分重要，但大小不能超过 128KB，其中有 16B 是被页描述符占用了。
②较常用的 flag 有 GFP_ATOMIC（分配内存的过程是一个原子过程）、 GFP_KERNEL（正常分配内存）、GFP_DMA（给 DMA 控制器分配内存）。
③对应的内存释放函数为 void kfree(const void *objp)。

2.vmalloc

原型：void *vmalloc(unsigned long size);
①申请虚拟地址连续的内存空间，但其对应的物理内存不一定连续，带来的好处就是可以分配较大的内存块，因此对申请的内存大小没有限制。
②对应的内存释放函数为 void free(const void *addr)。
③注意：vmalloc()和 vfree()可以睡眠，因此不能在中断上下文调用。

3.kzalloc

原型：void *kzalloc(size_t size, gfp_t flags);
①kzalloc()相对 kmalloc()只是额外增加了__GFP_ZERO 标志，除了申请内存外， 还会对申请到的内存内容清零。
②对应的释放函数也是 kfree()。

4.DMA

DMA是一种硬件机制，允许外围硬件设备直接与主存之间传输IO数据，而不需要CPU的干预。使用DMA机制可以大幅度提高设备通信的吞吐量。

5.ioremap

原型：void * ioremap(unsigned long offset,unsigned long size);
ioremap是一种更直接的内存”分配”方式,使用时直接指定物理起始地址和需要分配内存的大小，然后将该段物理地址映射到内核地址空间。ioremap用到的物理地址空间都是事先确定的,和上面的几种内存分配方式并不太一样,并且是分配一段新的物理内存。ioremap多用于设备驱动,可以让CPU直接访问外部设备的IO空间。ioremap能映射的内存由原有的物理内存空间决定,所以没有进行测试。

6.kmalloc和vmalloc以及malloc的区别

1.kmalloc和vmalloc都是分配的内核的内存，而malloc是分配的用户的内存
2.kmalloc保证分配的内存在物理上是来连续的，vmalloc保证分配的内存在虚拟地址空间上是连续的
3.kmalloc分配的大小是有限的，vmalloc和malloc分配的内存相对较大
4.内存只有在要被DMA访问的时候才需要物理上连续
5.vmalloc比kmalloc要慢

7.malloc的底层实现

1.malloc 函数的底层实现是操作系统有一个由可用内存块连接成的空闲链表。 调用 malloc 时，它将遍历该链表寻找足够大的内存空间，将该块一分为二（一块与用户申请的大小相等，另一块为剩下来的碎片，会返回链表），调用 free 函数时，内存块会重新连接回链表。
2.若内存块过于琐碎无法满足用户需求，则操作系统会合并相邻的内存块。

8.内核程序中申请内存和应用程序时申请内存有什么区别？

答案：内核中申请内存空间用的是函数 kmalloc、kzalloc、vmalloc，应用程序申 请内存用的函数是 malloc。 解读： 157
（1）kmalloc/kzalloc 直接分配连续的物理地址（虚拟地址也是连续的）。 （2）vmalloc 分配连续的虚拟地址，但物理地址不一定连续。分配时实际分配了 物理内存，不过这个物理内存页面是在公共的页表进行了映射，并没有在本进程的页表 进行映射，当访问这段内存时，触发 do_page_fault 异常（缺页中断）才完成页表的同 步工作。（4）malloc 是用户空间申请内存的方法，分配连续的虚拟地址，物理地址一般不 会连续。在分配时并没有做实际物理页的分配动作，实际分配物理页的动作是在 do_page_fault 异常（缺页中断）处理中完成的。