LINUX内核内存管理kmalloc,vmalloc

一.kmalloc与vmallco

　　　　在设备驱动程序或者内核模块中动态开辟内存，不是用malloc，而是kmalloc ,vmalloc，释放内存用的是kfree,vfree，kmalloc函数返回的是虚拟地址(线性地址). kmalloc特殊之处在于它分配的内存是物理上连续的,这对于要进行DMA的设备十分重要. 而用vmalloc分配的内存只是线性地址连续,物理地址不一定连续,不能直接用于DMA。vmalloc函数的工作方式类似于kmalloc，只不过前者分配的内存虚拟地址是连续的，而物理地址则无需连 续。通过vmalloc获得的页必须一个一个地进行映射，效率不高， 因此，只在不得已(一般是为了获得大块内存)时使用。vmalloc函数返回一个指针，指向逻辑上连续的一块内存区，其大小至少为size。在发生错误 时，函数返回NULL。vmalloc可能睡眠，因此，不能从中断上下文中进行调用，也不能从其它不允许阻塞的情况下调用。要释放通过vmalloc所获 得的内存，应使用vfree函数

　　　　vmalloc和kmalloc的分配内存的特点大概如下：

　　　　　　　　

　　区别大概可总结为：

　　　　　　1，vmalloc分配的一般为高端内存，只有当内存不够的时候才分配低端内存；kmallco从低端内存分配。

　　　　　　2，vmalloc分配的物理地址一般不连续，而kmalloc分配的地址连续，两者分配的虚拟地址都是连续的；

　　　　　　3，vmalloc分配的一般为大块内存，而kmaooc一般分配的为小块内存，（一般不超过128k);

　　　

二.DMA工作

　　　　为了减少CPU对快速设备入出的操作，可以通过把这 批数据的传输过程交由一块专用的接口卡（DMA接口）来控制，让DMA卡代替CPU控制在快速设备与主存储器之间直接传输数据，其大概工作的机制是在DMA模式下，CPU只须向DMA控制器下达指令，让DMA控制器来处理数据的传送，数据传送完毕再把信息反馈给CPU，这样就很大程度上减轻了 CPU资源占有率。

　　　　工作示意图大概如下：

　　　　　　　　　　　　

　　　　以下是测试的代码：

　　　　　　　　　　

  1 #include <linux/init.h>
  2 #include <linux/thread_info.h>
  3 #include <linux/module.h>
  4 #include <linux/sched.h>
  5 #include <linux/errno.h>
  6 #include <linux/kernel.h>
  7 #include <linux/module.h>
  8 #include <linux/slab.h>
  9 #include <linux/input.h>
 10 #include <linux/init.h>
 11 #include <linux/serio.h>
 12 #include <linux/delay.h>
 13 #include <linux/clk.h>
 14 #include <linux/miscdevice.h>
 15 #include <linux/io.h>
 16 #include <linux/ioport.h>
 17 #include <linux/vmalloc.h>
 18 #include <linux/dma-mapping.h>
 19 #include <linux/export.h>
 20 #include <linux/gfp.h>
 21 
 22 #include <asm/dma-mapping.h>
 23 #include <asm/uaccess.h>
 24 
 25 #include <linux/gpio.h>
 26 #include <mach/gpio.h>
 27 #include <plat/gpio-cfg.h>
 28 
 29 MODULE_LICENSE("GPL");
 30 MODULE_AUTHOR("bunfly");
 31 
 32 
 33 unsigned long vmalloc_to_pfn(const void *vmalloc_addr);
 34 int test_init()
 35 {
 36     int ret = 0;
 37     unsigned char *vmalloc_virt, *normal_virt, *phys;
 38     unsigned long pfn;
 39 
 40     printk("KERNEL SPACE: init
");
 41 
 42     printk("KERNEL SPACE: read from d0003000: %s
", 0xd0003000);
 43     //读出d0003000虚拟地址里面的数据
 44 
 45     normal_virt = kmalloc(40, GFP_KERNEL);
 46     //kmalloc分配一段虚拟地址，大小，睡眠不可中断
 47 
 48     phys = virt_to_phys(normal_virt);
 49     printk("KMAKLLOC: kmalloc virt: %p <==> phys: %p
", normal_virt, phys);
 50 
 51     kfree(normal_virt);
 52 
 53     //分配页
 54     //--------------------------------------
 55     vmalloc_virt = vmalloc(500);
 56     //vmalloc分配内存
 57 
 58     pfn = vmalloc_to_pfn(vmalloc_virt);
 59     //页分配
 60     phys = (pfn << 12) | ((unsigned long)vmalloc_virt & 0xfff);
 61     //将页地址转换成物理地址
 62     normal_virt = phys_to_virt(phys);
 63     //再将物理地址转换成虚拟地址
 64     printk("VMALLOC: vmalloc_virt = %p, normal_virt = %p
", vmalloc_virt, normal_virt);
 65 
 66     //dma分配
 67     normal_virt = dma_alloc_coherent(NULL, 1024, &phys, GFP_KERNEL);
 68     printk("DMA: vmalloc_virt = %p, normal_virt = %p
", vmalloc_virt,phys);
 69     dma_free_coherent(NULL, 1024, normal_virt, phys);
 70 
 71     vfree(vmalloc_virt);
 72     return 0;
 73 }
 74 
 75 void test_exit()
 76 {
 77     printk("KERNEL SPACE: exit
");
 78 }
 79 
 80 module_init(test_init);
 81 module_exit(test_exit);
 82 
~                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  
~                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  
~  

　　　　　　首先，在50003000地址放入数据，然后在d0003000的物理地址中读出数据：

　　　　　　

　　　　　　查看50003000地址中的数据：

　　　　　　

　　　　　　启动板子，插入模块，运行结果：

　　　　　　　

　　　　　　可以看到kmalloc的物理地址是低端内存的，（从40000000开始），而vmalloc分配的物理地址是高端内存，而通过　　　　DMA内存的也是低端一点的。

　　补充说明：kmalloc函数原型：

　　　static __always_inline void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags)
　　　　　　　　其中falgs有

　　　　　　

　　　　　　主要的要分配两种：一般都是

　　　　　　　　　　　　GFP_KERNLE；内核使用内存--------可以睡眠

　　　　　　　　　　　　GFP_USER；　　　用户空间内存；

　　　　　　　　　　　　GFP_ATOMIC;　　原子分配  ---------不可以睡眠

　　　　内核编程的法则：

　　　　　　　　中断上下文不可以睡眠（可以用is_inetrruput()函数查看是否是中断处理调用函数，返回1为真）