kmalloc、kzalloc和vmalloc

kmalloc

函数原型：

void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags)；

　　kmalloc() 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。 
　　 
较常用的 flags（分配内存的方法）：

• GFP_ATOMIC —— 分配内存的过程是一个原子过程，分配内存的过程不会被（高优先级进程或中断）打断；
• GFP_KERNEL —— 正常分配内存；
• GFP_DMA —— 给 DMA 控制器分配内存，需要使用该标志（DMA要求分配虚拟地址和物理地址连续）。

flags 的参考用法： 
　|– 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 
　　 
对应的内存释放函数为：

void kfree(const void *objp);

kzalloc
/** * 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() 函数与 kmalloc() 非常相似，参数及返回值是一样的，可以说是前者是后者的一个变种，因为 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。

kzalloc() 对应的内存释放函数也是 kfree()。

vmalloc
void *vmalloc(unsigned long size);函数原型：

　　vmalloc() 函数则会在虚拟内存空间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。

对应的内存释放函数为：

void vfree(const void *addr);

注意：vmalloc() 和 vfree() 可以睡眠，因此不能从中断上下文调用。 
　　

用于申请内核空间的内存；kmalloc()、kzalloc()、vmalloc() 的共同特点是：

1. 内存以字节为单位进行分配；
2. 所分配的内存虚拟地址上连续；

kmalloc()、kzalloc()、vmalloc() 的区别是：

1. kzalloc 是强制清零的 kmalloc 操作；（以下描述不区分 kmalloc 和 kzalloc）
2. kmalloc 分配的内存大小有限制（128KB），而 vmalloc 没有限制；
3. kmalloc 可以保证分配的内存物理地址是连续的，但是 vmalloc 不能保证；
4. 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；
5. kmalloc 分配内存的开销小，因此 kmalloc 比 vmalloc 要快；

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。

linux查看文件系统块大小与内存页大小

 1）查看文件系统块大小

/sbin/tune2fs -l /dev/sda1|grep "Block size" 

2）查看内存页大小

getconf PAGESIZE

__get_free_pages

unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
功能:以gfp_mask的方式分配2^order个物理页面
gfP_mask:分配的方式,指出如何分配在哪分配如GFP_KERNEL
order:分配2^order个页面
返回值:返回分配的第一个页的逻辑地址
头文件: #include <gfp/linux.h>

unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
{
    struct page *page;
    VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);

    page = alloc_pages(gfp_mask, order);
    if (!page)
        return 0;
    return (unsigned long) page_address(page);
}

void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)->将调用__free_pages()
功能:释放逻辑地址addr开始的页面2^order次方个
addr:页面开始的逻辑地址
order:释放页面的个数2^order个
头文件: #include <linux/gfp.h>

void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
{
    if (addr != 0) {
        VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
        __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
    }
}

例子

参考引用：

https://www.cnblogs.com/sky-heaven/p/7390370.html

https://www.cnblogs.com/wuchanming/p/4465155.html

https://www.jb51.net/article/97061.htm

https://www.cnblogs.com/linhaostudy/p/7477370.html

https://blog.csdn.net/yldfree/article/details/81140022

https://blog.csdn.net/yafeixi/article/details/70268377