記憶體配置方法 kmalloc()、vmalloc()、__get_free_pages()

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kmalloc

#include <linux/slab.h> void *kmalloc(size_t size, int flags); void kfree(const void *ptr);

使用kmalloc可以獲得以位元組為單位的一塊核心記憶體，它不對所擷取的記憶體空間清零。這個函數返回一個指向記憶體塊的指標，其記憶體塊至少要有size大小。所分配的記憶體區在物理上是連續的。在出錯時，它返回NULL。因此，在調用kmalloc()後，必須檢查返回的是不是NULL。由kmalloc分配的記憶體，使用kfree方法進行釋放。

kmalloc的第一個參數是要分配塊的大小，第二個參數是分配器標誌。這個標誌在<linux/gfp.h>檔案中聲明，可以分為三類：行為修飾符、區修飾符以及類型標識。行為修飾符表示核心應當如何分配所需的記憶體，主要有：

__GFP_WAIT    分配器可以休眠 __GFP_HIGH    分配器可以訪問緊急事件緩衝池 __GFP_IO       分配器可以啟動磁碟I/O __GFP_FS       分配器可以開機檔案系統I/O

區修飾符表示從哪裡分配記憶體：可用於DMA的記憶體(__GFP_DMA)、常規記憶體以及高端記憶體(__GFP_HIGHMEM)。類型標誌組合了行為修飾符和區修飾符，將各種可能用到的組合歸納為不同類型，簡化了修飾符的使用。因此，最常使用的flags參數為GFP_KERNEL和GFP_ATOMIC。後者用在中斷處理常式或其它運行於進程上下文之外的代碼中，這時kmalloc方法不會休眠。

#include <linux/gfp.h> #define GFP_KERNEL         (__GFP_WAIT | __GFP_IO | __GFP_FS) #define GFP_ATOMIC        (__GFP_HIGH)

實際上，kmalloc是建立在後面介紹的後備快取之上的。因此，核心只能分配一些預定義的、固定大小的位元組數組。根據當前體繫結構使用的頁面大小，kmalloc能處理的最小記憶體塊是32或者64。如果希望代碼具有完整的可移植性，則不應該分配大於128KB的記憶體。

樣本：

char *buf;   buf = kmalloc(BUF_SIZE, GFP_ATOMIC); if (!buf) /* 記憶體配置出錯! */   kfree(buf);

 

 

 

後備快取

分配和釋放資料結構是所有核心中最普遍的操作之一。為了便於資料的頻繁分配和回收，核心提供了後備快取機制，稱為“slab分配器”。slab分配器實現的快取具有kmem_cache_t類型，可通過調用kmem_cache_create建立。

#include <linux/slab.h> kmem_cache_t *kmem_cache_create(const char *name, size_t size,                                 size_t offset,                                 unsigned long flags,                                 void (*constructor)(void *, kmem_cache_t *, unsigned long flags),                                 void (*destructor)(void *, kmem_cache_t *, unsigned long flags));

參數name存放快取的名字。size是快取中每個元素的大小。offset是快取中第一個對象的位移，用來確保在頁內進行特定的對齊，一般取0。flags是一個位元遮罩，用來控制快取的行為。constructor和destructor為快取的構造和解構函式，分別在新頁追加到快取和從快取中刪去頁時調用，通常取NULL。kmem_cache_create在成功時返回一個指向所建立快取的指標，否則，返回NULL。在建立快取後，使用kmem_cache_alloc從中分配記憶體對象。釋放一個記憶體對象時使用kmem_cache_free。要銷毀一個快取，則調用kmem_cache_destroy。

void *kmem_cache_alloc(kmem_cache_t *cache, int flags); void kmem_cache_free(kmem_cache_t *cache, const void *obj); int kmem_cache_destroy(kmem_cache_t *cache);

樣本：

kmem_cache_t *task_struct_cachep;   /*建立快取，SLAB_PANIC標誌在分配失敗時提醒slab層， 如果沒有提供SLAB_PANIC 標誌，必須自己檢查傳回值*/ task_struct_cachep = kmem_cache_create("task_struct", sizeof(struct task_struct), ARCH_MIN_TASKALIGN, SLAB_PANIC, NULL, NULL);   /*分配記憶體對象*/ struct task_struct *tsk; tsk = kmem_cache_alloc(task_struct_cachep, GFP_KERNEL); if (!tsk) return NULL;   /*釋放記憶體對象*/ kmem_cache_free(task_struct_cachep, tsk);   /*撤銷快取*/ int err; err = kmem_cache_destroy(task_struct_cachep); if (err) /*撤銷快取出錯*/

 

 

 

 

分配頁

如果模組需要分配大塊的記憶體，使用面向頁的分配技術會更好些。分配頁面可以使用下面的函數：

#include <linux/gfp.h> unsigned long get_zeroed_page(unsigned int gfp_mask); unsigned long __get_free_page(unsigned int gfp_mask); unsigned long __get_free_pages(unsigned int gfp_mask, unsigned int order);

它們返回記憶體地區第一個位元組的指標。其中，get_zeroed_page將分配所得的分頁清空。參數gfp_mask為分配器標誌，與kmaloc中的一樣。參數order是要分配的頁面數的以2為底的對數。當用位元組表示記憶體大小時，需要使用get_order函數進行轉換，而不應該對頁面大小進行任何假設，如：

#include <asm/page.h>   /*驅動程式需要16KB空間*/ /* get_order的參數必須是2的冪*/ int order = get_order(16*1024); buf = get_free_pages(GFP_KERNEL, order);

當程式不再需要使用頁面時，可以使用下列函數進行釋放：

void free_page(unsigned long addr); void free_pages(unsigned long addr, unsigned long order);

樣本：

unsigned long page;   page = __get_free_pages(GFP_KERNEL, 3); if (!page) { /*沒有足夠的記憶體，你必須處理這種錯誤! */ return ENOMEM; }   /* ‘page‘現在指向8個連續頁中第1個頁的地址*/   free_pages(page, 3);

 

 

 

vmalloc

#include <linux/vmalloc.h> void * vmalloc(unsigned long size); void vfree(void *addr);

vmalloc函數的工作方式類似於kmalloc，只不過前者分配的記憶體虛擬位址是連續的，而物理地址則無需連續。它通過分配非連續的實體記憶體塊，再修改頁表，把記憶體映射到邏輯地址空間的連續地區中。通過vmalloc獲得的頁必須一個一個地進行映射，效率不高，因此，只在不得已(一般是為了獲得大塊記憶體)時使用。vmalloc函數返回一個指標，指向邏輯上連續的一塊記憶體區，其大小至少為size。在發生錯誤時，函數返回NULL。vmalloc可能睡眠，因此，不能從中斷上下文中進行調用，也不能從其它不允許阻塞的情況下調用。要釋放通過vmalloc所獲得的記憶體，應使用vfree函數。

樣本：

char *buf;   buf = vmalloc(16 * PAGE_SIZE); /*獲得16頁*/ if (!buf) /*錯誤，不能分配記憶體*/   vfree(buf);

記憶體配置方法 kmalloc()、vmalloc()、__get_free_pages()