淺談使用者空間和核心空間記憶體分配
阿新 • • 發佈：2018-11-30
一、使用者空間動態申請記憶體：
1、malloc：
malloc分配的記憶體大小至少為size引數所指定的位元組數malloc的返回值是一個指標，指向一段可用記憶體的起始地址
多次呼叫malloc所分配的地址不能有重疊部分，除非某次malloc所分配的地址被釋放掉
malloc應該儘快完成記憶體分配並返回（不能使用NP-hard的記憶體分配演算法）
實現malloc時應同時實現記憶體大小調整和記憶體釋放函式（realloc和free）
注：malloc和free函式是配對的，如果申請後不釋放就是記憶體洩露;如果無故釋放那就是什麼都沒有做，釋放只能釋放一次，如果釋放兩次及兩次以上會出現錯誤（但是釋放空指標例外，釋放空指標其實也等於什麼都沒有做，所以，釋放多少次都是可以的）
2、new
new返回指定型別的指標，並且可以自動計算所需要的大小。而malloc則必須由我們計算位元組數，並且在返回的時候強轉成實際指定型別的指標。
注：new和delete函式是配使用的
這裡malloc分配的記憶體空間在邏輯上是連續的，而在物理上可以不連續。
二、核心空間中申請記憶體：
kmalloc()
函式原型：void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags)；kmalloc() 申請的記憶體位於實體記憶體對映區域，而且在物理上也是連續的，它們與真實的實體地址只有一個固定的偏移，因為存在較簡單的轉換關係，所以對申請的記憶體大小有限制，不能超過128KB。
較常用的 flags（分配記憶體的方法）：
GFP_ATOMIC —— 分配記憶體的過程是一個原子過程，分配記憶體的過程不會被（高優先順序程序或中斷）打斷；
GFP_KERNEL —— 正常分配記憶體；
GFP_DMA —— 給 DMA 控制器分配記憶體，需要使用該標誌（DMA要求分配虛擬地址和實體地址連續）。
flags 的參考用法：
|– 程序上下文，可以睡眠 GFP_KERNEL
|– 程序上下文，不可以睡眠 GFP_ATOMIC
| |– 中斷處理程式 GFP_ATOMIC
| |– 軟中斷 GFP_ATOMIC
| |– Tasklet GFP_ATOMIC
|– 用於DMA的記憶體，可以睡眠 GFP_DMA | GFP_KERNEL
|– 用於DMA的記憶體，不可以睡眠 GFP_DMA |GFP_ATOMIC
對應的記憶體釋放函式為： void kfree(const void *objp);
kzalloc()
kzalloc() 函式與 kmalloc() 非常相似，引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 標誌。所以它除了申請核心記憶體外，還會對申請到的記憶體內容清零。
/** * 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() 對應的記憶體釋放函式也是 kfree()。
vmalloc()函式原型：void *vmalloc(unsigned long size);
vmalloc() 函式則會在虛擬記憶體空間給出一塊連續的記憶體區，但這片連續的虛擬記憶體在實體記憶體中並不一定連續。由於 vmalloc() 沒有保證申請到的是連續的實體記憶體，因此對申請的記憶體大小沒有限制，如果需要申請較大的記憶體空間就需要用此函數了。
對應的記憶體釋放函式為： void vfree(const void *addr);
注意：vmalloc() 和 vfree() 可以睡眠，因此不能從中斷上下文呼叫。
總結：
kmalloc()、kzalloc()、vmalloc() 的共同特點是：
用於申請核心空間的記憶體；
記憶體以位元組為單位進行分配；
所分配的記憶體虛擬地址上連續；
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 分配的記憶體大小有限制（128KB），而 vmalloc 沒有限制；
kmalloc 可以保證分配的記憶體實體地址是連續的，但是 vmalloc 不能保證；
kmalloc 分配記憶體的過程可以是原子過程（使用 GFP_ATOMIC），而 vmalloc 分配記憶體時則可能產生阻塞；
kmalloc 分配記憶體的開銷小，因此 kmalloc 比 vmalloc 要快；
一般情況下，記憶體只有在要被 DMA 訪問的時候才需要物理上連續，但為了效能上的考慮，核心中一般使用 kmalloc()，而只有在需要獲得大塊記憶體時才使用 vmalloc()。例如，當模組被動態載入到核心當中時，就把模組裝載到由 vmalloc() 分配的記憶體上。