kmalloc, vmalloc分配的内存结构 对于提供了MMU(存储管理器,辅助操作系统进行内存管理,提供虚实地址转换等硬件支持)的处理器而言,Linux提供了复杂的存储管理系统,使得进程所能访问的内存达到4GB。 进程的4GB内存空间被人为的分为两个部分--用户空间与内核空间。用户空间地址分布从0到3GB(PAGE_OFFSET,在0x86中它等于0xC0000000),3GB到4GB为内核空间。 内核空间中,从3G到vmalloc_start这段地址是物理内存映射区域(该区域中包含了内核镜像、物理页框表mem_map等等),比如我们使 用的 VMware虚拟系统内存是160M,那么3G~3G 160M这片内存就应该映射物理内存。在物理内存映射区之后,就是vmalloc区域。对于 160M的系统而言,vmalloc_start位置应在3G 160M附近(在物理内存映射区与vmalloc_start期间还存在一个8M的gap 来防止跃界),vmalloc_end的位置接近4G(最后位置系统会保留一片128k大小的区域用于专用页面映射) kmalloc和get_free_page申请的内存位于物理内存映射区域,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,因此存在较简单的转换关系,virt_to_phys()可以实现内核虚拟地址转化为物理地址: #define __pa(x) ((unsigned long)(x)-PAGE_OFFSET) extern inline unsigned long virt_to_phys(volatile void * address) { return __pa(address); } 上面转换过程是将虚拟地址减去3G(PAGE_OFFSET=0XC000000)。 与之对应的函数为phys_to_virt(),将内核物理地址转化为虚拟地址: #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()都定义在include\asm-i386\io.h中。 而vmalloc申请的内存则位于vmalloc_start~vmalloc_end之间,与物理地址没有简单的转换关系,虽然在逻辑上它们也是连续的,但是在物理上它们不要求连续。 我们用下面的程序来演示kmalloc、get_free_page和vmalloc的区别: #include #include #include MODULE_LICENSE("GPL"); unsigned char *pagemem; unsigned char *kmallocmem; unsigned char *vmallocmem; int __init mem_module_init(void) { //最好每次内存申请都检查申请是否成功 //下面这段仅仅作为演示的代码没有检查 pagemem = (unsigned char*)get_free_page(0); printk("pagemem addr=%x", pagemem); kmallocmem = (unsigned char*)kmalloc(100, 0); printk("kmallocmem addr=%x", kmallocmem); vmallocmem = (unsigned char*)vmalloc(1000000); printk("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); 我们的系统上有160MB的内存空间,运行一次上述程序,发现pagemem的地址在0xc7997000(约3G 121M)、 kmallocmem地址在0xc9bc1380(约3G 155M)、vmallocmem的地址在0xcabeb000(约3G 171M)处,符合 前文所述的内存布局。 screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt='Click here to open new window\nCTRL Mouse wheel to zoom in/out';}" onmouseover="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor='hand'; this.alt='Click here to open new window\nCTRL Mouse wheel to zoom in/out';}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://fileicon/zip.gif');}" onmousewheel="return imgzoom(this);" alt="" /> 文件: v_k_malloc.tar.bz2 大小: 6KB 下载: 下载 vmalloc和kmalloc区别 kmalloc对应于kfree,可以分配连续的物理内存; vmalloc对应于vfree,分配连续的虚拟内存,但是物理上不一定连续。 vmalloc分配内存的时候逻辑地址是连续的,但物理地址一般是不连续的,适用于那种一下需要分配大量内存的情况,如insert模块的时候。这种分配方式性能不入kmalloc。 kmalloc分配内存是基于slab,因此slab的一些特性包括着色,对齐等都具备,性能较好。物理地址和逻辑地址都是连续的 最主要的区别是 分配大小的问题。 比如你需要28个字节,那一定用KMALLOC,如果用VMALLOC,分配不多次机器就罢工了。 n PAGE_OFFSET为3GB,high_memory为保存物理地址最高值的变量,VMALLOC_START为非连续区的起始地址 在物理地址的末尾与第一个内存区之间插入了一个8MB的区间,这是一个安全区,目的是为了“捕获”对非连续区的非法访问。出于同样的理由,在其他非连续的内存区之间也插入了4K大小的安全区。每个非连续内存区的大小都是4096的倍数。 n vmalloc()与 kmalloc()都可用于分配内存 ü kmalloc()分配的内存处于3GB~high_memory之间,这段内核空间与物理内存的映射一一对应 ü vmalloc()分配的内存在VMALLOC_START~4GB之间,这段非连续内存区映射到物理内存也可能是非连续的 n vmalloc() 分配的物理地址无需连续,而kmalloc() 确保页在物理上是连续的 n 尽管仅仅在某些情况下才需要物理上连续的内存块,但是,很多内核代码都调用kmalloc(),而不是用vmalloc()获得内存。 n 这主要是出于性能的考虑。vmalloc()函数为了把物理上不连续的页面转换为虚拟地址空间上连续的页,必须专门建立页表项。还有,通过 vmalloc()获得的页必须一个一个的进行映射(因为它们物理上不是连续的),这就会导致比直接内存映射大得多的缓冲区刷新。 n 因为这些原因,vmalloc()仅在绝对必要时才会使用——典型的就是为了获得大块内存时,例如,当模块被动态插入到内核中时,就把模块装载到由vmalloc()分配的内存上。 |
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