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Linux內核空間內存申請函數kmalloc、kzalloc、vmalloc的區別

我們都知道在用戶空間動態申請內存用的函數是 malloc(),這個函數在各種操作系統上的使用是一致的,對應的用戶空間內存釋放函數是 free()。注意:動態申請的內存使用完後必須要釋放,否則會造成內存洩漏,如果內存洩漏發生在內核空間,則會造成系統崩潰。

那麼,在內核空間中如何申請內存呢?一般我們會用到 kmalloc()、kzalloc()、vmalloc() 等,下面我們介紹一下這些函數的使用以及它們之間的區別。

kmalloc()函數原型:

[code]void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags);

kmalloc() 申請的內存位於物理內存映射區域,而且在物理上也是連續的,它們與真實的物理地址只有一個固定的偏移,因為存在較簡單的轉換關系,所以對申請的內存大小有限制,不能超過128KB。

較常用的 flags(分配內存的方法):

GFP_ATOMIC —— 分配內存的過程是一個原子過程,分配內存的過程不會被(高優先級進程或中斷)打斷;GFP_KERNEL —— 正常分配內存;

GFP_DMA —— 給 DMA 控制器分配內存,需要使用該標志(DMA要求分配虛擬地址和物理地址連續)。flags 的參考用法:

|– 進程上下文,可以睡眠     GFP_KERNEL

|– 進程上下文,不可以睡眠    GFP_ATOMIC

|  |– 中斷處理程序       GFP_ATOMIC

|  |– 軟中斷          GFP_ATOMIC

|  |– Tasklet         GFP_ATOMIC

|– 用於DMA的內存,可以睡眠   GFP_DMA | GFP_KERNEL

|– 用於DMA的內存,不可以睡眠  GFP_DMA |GFP_ATOMIC

對應的內存釋放函數為:

[code]void kfree(const void *objp);
kzalloc()  kzalloc() 函數與 kmalloc() 非常相似,參數及返回值是一樣的,可以說是前者是後者的一個變種,因為 kzalloc() 實際上只是額外附加了 __GFP_ZERO 標志。所以它除了申請內核內存外,還會對申請到的內存內容清零。

[code]/**
 * kzalloc - allocate memory. The memory is set to zero.
 * @size: how many bytes of memory are required.
 * @flags: the type of memory to allocate (see kmalloc).
 */
static inline void *kzalloc(size_t size, gfp_t flags)
{
    return kmalloc(size, flags | __GFP_ZERO);
}
kzalloc() 對應的內存釋放函數也是 kfree()。

vmalloc()函數原型:

[code]void *vmalloc(unsigned long size);

vmalloc() 函數則會在虛擬內存空間給出一塊連續的內存區,但這片連續的虛擬內存在物理內存中並不一定連續。由於 vmalloc() 沒有保證申請到的是連續的物理內存,因此對申請的內存大小沒有限制,如果需要申請較大的內存空間就需要用此函數了。

對應的內存釋放函數為:

[code]void vfree(const void *addr);
注意:vmalloc() 和 vfree() 可以睡眠,因此不能從中斷上下文調用。

總結kmalloc()、kzalloc()、vmalloc() 的共同特點是:用於申請內核空間的內存;

內存以字節為單位進行分配;

所分配的內存虛擬地址上連續;

kmalloc()、kzalloc()、vmalloc() 的區別是:

kzalloc 是強制清零的 kmalloc 操作;(以下描述不區分 kmalloc 和 kzalloc)

kmalloc 分配的內存大小有限制(128KB),而 vmalloc 沒有限制;

kmalloc 可以保證分配的內存物理地址是連續的,但是 vmalloc 不能保證;

kmalloc 分配內存的過程可以是原子過程(使用 GFP_ATOMIC),而 vmalloc 分配內存時則可能產生阻塞;

kmalloc 分配內存的開銷小,因此 kmalloc 比 vmalloc 要快;

一般情況下,內存只有在要被 DMA 訪問的時候才需要物理上連續,但為了性能上的考慮,內核中一般使用 kmalloc(),而只有在需要獲得大塊內存時才使用 vmalloc()。例如,當模塊被動態加載到內核當中時,就把模塊裝載到由 vmalloc() 分配的內存上。

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