Linux驱动编程 - kmalloc、vmalloc区别

目录

前言：

1、区别

2、使用差异

一、kmalloc、kzalloc、kfree

1、动态申请

1.1 kmalloc()

1.2 kzalloc()

2、内存释放

3、示例

二、vmalloc、vzalloc、vfree

1、动态申请

1.1 vmalloc()

1.2 vzalloc()

2、内存释放

3、示例

前言：

        Linux内核空间一般使用 kmalloc()、kzalloc()、vmalloc() 、vzalloc() 动态申请内存。下面记录如何使用。

1、区别

• vmalloc从高端内存开始分配，当内存不够时才分配低端内存。kmalloc从低端内存开始分配；
• vmalloc和kmalloc分配的虚拟地址都是连续的，但是vmalloc分配的物理地址一般不连续，kmalloc分配的物理地址连续；
• vmalloc分配的一般是大块的内存，而kmalloc一般分配的是小块内存（不超过128k）；

2、使用差异

• kmalloc 分配内存的过程可以是原子过程（使用 GFP_ATOMIC），而 vmalloc 分配内存时则可能产生阻塞；
• kmalloc 分配内存的开销小，因此 kmalloc 比 vmalloc 要快；

注意：一般情况下，内存只有在要被 DMA 访问的时候才需要物理上连续，但为了性能上的考虑，内核中一般使用 kmalloc()，而只有在需要获得大块内存时才使用 vmalloc()。例如，当模块被动态加载到内核当中时，就把模块装载到由 vmalloc() 分配的内存上。

一、kmalloc、kzalloc、kfree

1、动态申请

1.1 kmalloc()

/* include/linux/slab.h */
void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags)；

功能： kmalloc() 申请的内存位于物理内存映射（低端内存）区域，而且在物理上也是连续的，它们与真实的物理地址只有一个固定的偏移，因为存在较简单的转换关系，所以对申请的内存大小有限制，不能超过128KB。

参数：

• size：申请内存大小
• flags：分配标志

       （1）flags 常用值

        （2）flags 用法

​　|– 进程上下文，可以睡眠　　　　　GFP_KERNEL
　|– 进程上下文，不可以睡眠　　　　GFP_ATOMIC
　|　　|– 中断处理程序　　　　　　　GFP_ATOMIC
　|　　|– 软中断　　　　　　　　　　GFP_ATOMIC
　|　　|– Tasklet　　　　　　　　　GFP_ATOMIC
　|– 用于DMA的内存，可以睡眠　　　GFP_DMA | GFP_KERNEL
　|– 用于DMA的内存，不可以睡眠　　GFP_DMA | GFP_ATOMIC

        如果进程上下文允许睡眠情况下尽量用 GFP_KERNEL， 如果进程上下文禁止休眠的话（如中断，taskletd等）必须用 GFP_ATOMIC。

返回值：

• 非NULL：申请到的内存虚拟地址（指向一块物理上连续的内存区域）；
• NULL：申请失败；

1.2 kzalloc()

kzalloc() 函数与 kmalloc() 非常相似，参数及返回值是一样的。kzalloc() 实际上只是额外附加了__GFP_ZERO标志。所以它除了申请内核内存外，还会对申请到的内存内容清零。

/* include/linux/slab.h */
static inline void *kzalloc(size_t size, gfp_t flags)
{
	return kmalloc(size, flags | __GFP_ZERO);
}

2、内存释放

kmalloc() 和 kzalloc() 的内存释放函数都是 kfree()

/* mm/slob.c */
void kfree(const void *objp);

参数：

• objp：kmalloc() 和 kzalloc() 申请的内存首地址

3、示例

/* 申请内存 */
pBuffer = kmalloc(1024, GFP_KERNEL);
if (!pBuffer) {
    printk(KERN_ERR "kmalloc failed\n");
    return -1;
}


/* 释放内存 */
kfree(pBuffer);

二、vmalloc、vzalloc、vfree

注意：vmalloc和vfree可以休眠，因此中断上下文禁止使用

1、动态申请

1.1 vmalloc()

/* mm/vmalloc.c */
void *vmalloc(unsigned long size)
{
	return __vmalloc_node_flags(size, NUMA_NO_NODE,
				    GFP_KERNEL);
}

功能：vmalloc() 函数则会在虚拟内存（高端内存）区域给出一块连续的内存区，但这片连续的虚拟内存在物理内存中并不一定连续。由于 vmalloc() 没有保证申请到的是连续的物理内存，因此对申请的内存大小没有限制，如果需要申请较大的内存空间就需要用此函数了。

参数：

• size：申请内存的大小

返回值：

• 非NULL：申请到的内存的虚拟地址；
• NULL：申请失败；

1.2 vzalloc()

vzalloc比vmalloc步骤多了一步，将申请的逻辑地址连续的内存数据置为0

/* mm/vmalloc.c */
void *vzalloc(unsigned long size)
{
  	return __vmalloc_node_flags(size, NUMA_NO_NODE,
  				GFP_KERNEL | __GFP_ZERO);
}

2、内存释放

vmalloc() 和 vzalloc() 的内存释放函数都是 vfree()

void vfree(const void *addr);

3、示例

/* 申请内存 */
pBuffer = vmalloc(1024);
if (!pBuffer ) {
    printk(KERN_ERR "vmalloc failed\n");
    return -1;
}

/* 释放内存 */
vfree(pBuffer);