[經典]Linux核心中get_free_page、kmalloc和vmalloc函數的區別(樣本Module)

　　對於提供了MMU（儲存管理器，輔助作業系統進行記憶體管理，提供虛真實位址轉換等硬體支援）的處理器而言，Linux提供了複雜的儲存管理系統，使得進程所能訪問的記憶體達到4GB。

　　進程的4GB記憶體空間被人為的分為兩個部分--使用者空間與核心空間。使用者空間地址分布從0到3GB(PAGE_OFFSET，在0x86中它等於0xC0000000)，3GB到4GB為核心空間。如所示：

　　核心空間中，從3G到vmalloc_start這段地址是實體記憶體映射地區（該地區中包含了核心鏡像、物理頁框表mem_map等等），比如我們使用 的 VMware虛擬系統記憶體是160M，那麼3G～3G+160M這片記憶體就應該映射實體記憶體。在實體記憶體映射區之後，就是vmalloc地區。對於 160M的系統而言，vmalloc_start位置應在3G+160M附近（在實體記憶體映射區與vmalloc_start期間還存在一個8M的gap 來防止躍界），vmalloc_end的位置接近4G(最後位置系統會保留一片128k大小的地區用於專用頁面映射)，如：

　　kmalloc和get_free_page申請的記憶體位於實體記憶體映射地區，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位移，因此存在較簡單的轉換關係，virt_to_phys()可以實現核心虛擬位址轉化為物理地址：

　　#define __pa(x) ((unsigned long)(x)-PAGE_OFFSET)

　　extern inline unsigned long virt_to_phys(volatile void * address)

　　{

　　return __pa(address);

　　}

　　上面轉換過程是將虛擬位址減去3G（PAGE_OFFSET=0XC000000）。

　　與之對應的函數為phys_to_virt()，將核心物理地址轉化為虛擬位址：

　　#define __va(x) ((void *)((unsigned long)(x)+PAGE_OFFSET))

　　extern inline void * phys_to_virt(unsigned long address)

　　{

　　return __va(address);

　　}

　　virt_to_phys()和phys_to_virt()都定義在include/asm-i386/io.h中。

　　而vmalloc申請的記憶體則位於vmalloc_start～vmalloc_end之間，與物理地址沒有簡單的轉換關係，雖然在邏輯上它們也是連續的，但是在物理上它們不要求連續。

　　我們用下面的程式來示範kmalloc、get_free_page和vmalloc的區別：

　　#include <linux/module.h>

　　#include <linux/slab.h>

　　#include <linux/vmalloc.h>

　　MODULE_LICENSE("GPL");

　　unsigned char *pagemem;

　　unsigned char *kmallocmem;

　　unsigned char *vmallocmem;

　　int __init mem_module_init(void)

　　{

　　//最好每次記憶體申請都檢查申請是否成功

　　//下面這段僅僅作為示範的代碼沒有檢查

　　pagemem = (unsigned char*)get_free_page(0);

　　printk("<1>pagemem addr=%x", pagemem);

　　kmallocmem = (unsigned char*)kmalloc(100, 0);

　　printk("<1>kmallocmem addr=%x", kmallocmem);

　　vmallocmem = (unsigned char*)vmalloc(1000000);

　　printk("<1>vmallocmem addr=%x", vmallocmem);

　　return 0;

　　}

　　void __exit mem_module_exit(void)

　　{

　　free_page(pagemem);

　　kfree(kmallocmem);

　　vfree(vmallocmem);

　　}

　　module_init(mem_module_init);

　　module_exit(mem_module_exit);

　　我們的系統上有160MB的記憶體空間，運行一次上述程式，發現pagemem的地址在0xc7997000（約3G+121M）、kmallocmem 地址在0xc9bc1380（約3G+155M）、vmallocmem的地址在0xcabeb000（約3G+171M）處，符合前文所述的記憶體布局。