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  • 《Linux内核设计与实现》读书笔记（十二）- 内存管理【转】

    转自：http://www.cnblogs.com/wang_yb/archive/2013/05/23/3095907.html

    内核的内存使用不像用户空间那样随意，内核的内存出现错误时也只有靠自己来解决（用户空间的内存错误可以抛给内核来解决）。

    所有内核的内存管理必须要简洁而且高效。

    主要内容：

    • 内存的管理单元
    • 获取内存的方法
    • 获取高端内存
    • 内核内存的分配方式
    • 总结

    1. 内存的管理单元

    内存最基本的管理单元是页，同时按照内存地址的大小，大致分为3个区。

    1.1 页

    页的大小与体系结构有关，在 x86 结构中一般是 4KB或者8KB。

    可以通过 getconf 命令来查看系统的page的大小：

    [wangyubin@localhost ]$ getconf -a | grep -i 'page'

PAGESIZE                           4096
PAGE_SIZE                          4096
_AVPHYS_PAGES                      637406
_PHYS_PAGES                        2012863

    以上的 PAGESIZE 就是当前机器页大小，即 4KB

    页的结构体头文件是： <linux/mm_types.h> 位置：include/linux/mm_types.h

    复制代码
    /*
 * 页中包含的成员非常多，还包含了一些联合体
 * 其中有些字段我暂时还不清楚含义，以后再补上。。。
 */
struct page {
    unsigned long flags;    /* 存放页的状态，各种状态参见<linux/page-flags.h> */
    atomic_t _count;        /* 页的引用计数 */
    union {
        atomic_t _mapcount;    /* 已经映射到mms的pte的个数 */
        struct {        /* 用于slab层 */
            u16 inuse;
            u16 objects;
        };
    };
    union {
        struct {
        unsigned long private;        /* 此page作为私有数据时，指向私有数据 */
        struct address_space *mapping;    /* 此page作为页缓存时，指向关联的address_space */
        };
#if USE_SPLIT_PTLOCKS
        spinlock_t ptl;
#endif
        struct kmem_cache *slab;    /* 指向slab层 */
        struct page *first_page;    /* 尾部复合页中的第一个页 */
    };
    union {
        pgoff_t index;        /* Our offset within mapping. */
        void *freelist;        /* SLUB: freelist req. slab lock */
    };
    struct list_head lru;    /* 将页关联起来的链表项 */
#if defined(WANT_PAGE_VIRTUAL)
    void *virtual;            /* 页的虚拟地址 */
#endif /* WANT_PAGE_VIRTUAL */
#ifdef CONFIG_WANT_PAGE_DEBUG_FLAGS
    unsigned long debug_flags;    /* Use atomic bitops on this */
#endif

#ifdef CONFIG_KMEMCHECK
    /*
     * kmemcheck wants to track the status of each byte in a page; this
     * is a pointer to such a status block. NULL if not tracked.
     */
    void *shadow;
#endif
};
    复制代码

    物理内存的每个页都有一个对应的 page 结构，看似会在管理上浪费很多内存，其实细细算来并没有多少。

    比如上面的page结构体，每个字段都算4个字节的话，总共40多个字节。(union结构只算一个字段)

    那么对于一个页大小 4KB 的 4G内存来说，一个有 4*1024*1024 / 4 = 1048576 个page，

    一个page 算40个字节，在管理内存上共消耗内存 40MB左右。

    如果页的大小是 8KB 的话，消耗的内存只有 20MB 左右。相对于 4GB 来说并不算很多。

    1.2 区

    页是内存管理的最小单元，但是并不是所有的页对于内核都一样。

    内核将内存按地址的顺序分成了不同的区，有的硬件只能访问有专门的区。

    内核中分的区定义在头文件 <linux/mmzone.h> 位置：include/linux/mmzone.h

    内存区的种类参见 enum zone_type 中的定义。

    内存区的结构体定义也在 <linux/mmzone.h> 中。

    具体参考其中 struct zone 的定义。

    其实一般主要关注的区只有3个：

    区

    描述

    物理内存
    ZONE_DMA DMA使用的页 <16MB
    ZONE_NORMAL 正常可寻址的页 16～896MB
    ZONE_HIGHMEM 动态映射的页 >896MB

    某些硬件只能直接访问内存地址，不支持内存映射，对于这些硬件内核会分配 ZONE_DMA 区的内存。

    某些硬件的内存寻址范围很广，比虚拟寻址范围还要大的多，那么就会用到 ZONE_HIGHMEM 区的内存，

    对于 ZONE_HIGHMEM 区的内存，后面还会讨论。

    对于大部分的内存申请，只要用 ZONE_NORMAL 区的内存即可。

    2. 获取内存的方法

    内核中提供了多种获取内存的方法，了解各种方法的特点，可以恰当的将其用于合适的场景。

    2.1 按页获取 - 最原始的方法，用于底层获取内存的方式

    以下分配内存的方法参见：<linux/gfp.h>

    方法

    描述
    alloc_page(gfp_mask) 只分配一页，返回指向页结构的指针
    alloc_pages(gfp_mask, order) 分配 2^order 个页，返回指向第一页页结构的指针
    __get_free_page(gfp_mask) 只分配一页，返回指向其逻辑地址的指针
    __get_free_pages(gfp_mask, order) 分配 2^order 个页，返回指向第一页逻辑地址的指针
    get_zeroed_page(gfp_mask) 只分配一页，让其内容填充为0，返回指向其逻辑地址的指针

    alloc** 方法和 get** 方法的区别在于，一个返回的是内存的物理地址，一个返回内存物理地址映射后的逻辑地址。

    如果无须直接操作物理页结构体的话，一般使用 get** 方法。

    相应的释放内存的函数如下：也是在 <linux/gfp.h> 中定义的

    extern void __free_pages(struct page *page, unsigned int order);
extern void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order);
extern void free_hot_page(struct page *page);

    在请求内存时，参数中有个 gfp_mask 标志，这个标志是控制分配内存时必须遵守的一些规则。

    gfp_mask 标志有3类：(所有的 GFP 标志都在 <linux/gfp.h> 中定义)

    1. 行为标志 ：控制分配内存时，分配器的一些行为
    2. 区标志   ：控制内存分配在那个区(ZONE_DMA, ZONE_NORMAL, ZONE_HIGHMEM 之类)
    3. 类型标志 ：由上面2种标志组合而成的一些常用的场景

    行为标志主要有以下几种：

    行为标志

    描述
    __GFP_WAIT 分配器可以睡眠
    __GFP_HIGH 分配器可以访问紧急事件缓冲池
    __GFP_IO 分配器可以启动磁盘I/O
    __GFP_FS 分配器可以启动文件系统I/O
    __GFP_COLD 分配器应该使用高速缓存中快要淘汰出去的页
    __GFP_NOWARN 分配器将不打印失败警告
    __GFP_REPEAT 分配器在分配失败时重复进行分配，但是这次分配还存在失败的可能
    __GFP_NOFALL 分配器将无限的重复进行分配。分配不能失败
    __GFP_NORETRY 分配器在分配失败时不会重新分配
    __GFP_NO_GROW 由slab层内部使用
    __GFP_COMP 添加混合页元数据，在 hugetlb 的代码内部使用

    区标志主要以下3种：

    区标志

    描述
    __GFP_DMA 从 ZONE_DMA 分配
    __GFP_DMA32 只在 ZONE_DMA32 分配 (注1)
    __GFP_HIGHMEM 从 ZONE_HIGHMEM 或者 ZONE_NORMAL 分配 (注2)

    注1：ZONE_DMA32 和 ZONE_DMA 类似，该区包含的页也可以进行DMA操作。 
             唯一不同的地方在于，ZONE_DMA32 区的页只能被32位设备访问。 
    注2：优先从 ZONE_HIGHMEM 分配，如果 ZONE_HIGHMEM 没有多余的页则从 ZONE_NORMAL 分配。

    类型标志是编程中最常用的，在使用标志时，应首先看看类型标志中是否有合适的，如果没有，再去自己组合 行为标志和区标志。

    类型标志

    实际标志

    描述
    GFP_ATOMIC __GFP_HIGH 这个标志用在中断处理程序，下半部，持有自旋锁以及其他不能睡眠的地方
    GFP_NOWAIT 0 与 GFP_ATOMIC 类似，不同之处在于，调用不会退给紧急内存池。 
    这就增加了内存分配失败的可能性
    GFP_NOIO __GFP_WAIT 这种分配可以阻塞，但不会启动磁盘I/O。 
    这个标志在不能引发更多磁盘I/O时能阻塞I/O代码，可能会导致递归
    GFP_NOFS (__GFP_WAIT ｜ __GFP_IO) 这种分配在必要时可能阻塞，也可能启动磁盘I/O，但不会启动文件系统操作。 
    这个标志在你不能再启动另一个文件系统的操作时，用在文件系统部分的代码中
    GFP_KERNEL (__GFP_WAIT ｜ __GFP_IO ｜ __GFP_FS ) 这是常规的分配方式，可能会阻塞。这个标志在睡眠安全时用在进程上下文代码中。 
    为了获得调用者所需的内存，内核会尽力而为。这个标志应当为首选标志
    GFP_USER (__GFP_WAIT ｜ __GFP_IO ｜ __GFP_FS ) 这是常规的分配方式，可能会阻塞。用于为用户空间进程分配内存时
    GFP_HIGHUSER (__GFP_WAIT ｜ __GFP_IO ｜ __GFP_FS )｜__GFP_HIGHMEM) 从 ZONE_HIGHMEM 进行分配，可能会阻塞。用于为用户空间进程分配内存
    GFP_DMA __GFP_DMA 从 ZONE_DMA 进行分配。需要获取能供DMA使用的内存的设备驱动程序使用这个标志 
    通常与以上的某个标志组合在一起使用。

    以上各种类型标志的使用场景总结：

    场景

    相应标志
    进程上下文，可以睡眠 使用 GFP_KERNEL
    进程上下文，不可以睡眠 使用 GFP_ATOMIC，在睡眠之前或之后以 GFP_KERNEL 执行内存分配
    中断处理程序 使用 GFP_ATOMIC
    软中断 使用 GFP_ATOMIC
    tasklet 使用 GFP_ATOMIC
    需要用于DMA的内存，可以睡眠 使用 (GFP_DMA｜GFP_KERNEL)
    需要用于DMA的内存，不可以睡眠 使用 (GFP_DMA｜GFP_ATOMIC)，或者在睡眠之前执行内存分配

    2.2 按字节获取 - 用的最多的获取方法

    这种内存分配方法是平时使用比较多的，主要有2种分配方法：kmalloc()和vmalloc()

    kmalloc的定义在 <linux/slab_def.h> 中

    复制代码
    /**
 * @size  - 申请分配的字节数
 * @flags - 上面讨论的各种 gfp_mask
 */
static __always_inline void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags)
#+end_src

vmalloc的定义在 mm/vmalloc.c 中
#+begin_src C
/**
 * @size - 申请分配的字节数
 */
void *vmalloc(unsigned long size)
    复制代码

    kmalloc 和 vmalloc 区别在于：

    • kmalloc 分配的内存物理地址是连续的，虚拟地址也是连续的
    • vmalloc 分配的内存物理地址是不连续的，虚拟地址是连续的

    因此在使用中，用的较多的还是 kmalloc，因为kmalloc 的性能较好。

    因为kmalloc的物理地址和虚拟地址之间的映射比较简单，只需要将物理地址的第一页和虚拟地址的第一页关联起来即可。

    而vmalloc由于物理地址是不连续的，所以要将物理地址的每一页都和虚拟地址关联起来才行。

    kmalloc 和 vmalloc 所对应的释放内存的方法分别为：

    void kfree(const void *)
void vfree(const void *)

    2.3 slab层获取 - 效率最高的获取方法

    频繁的分配/释放内存必然导致系统性能的下降，所以有必要为频繁分配/释放的对象内心建立缓存。

    而且，如果能为每个处理器建立专用的高速缓存，还可以避免 SMP锁带来的性能损耗。

    2.3.1 slab层实现原理

    linux中的高速缓存是用所谓 slab 层来实现的，slab层即内核中管理高速缓存的机制。

    整个slab层的原理如下：

    1. 可以在内存中建立各种对象的高速缓存(比如进程描述相关的结构 task_struct 的高速缓存)
    2. 除了针对特定对象的高速缓存以外，也有通用对象的高速缓存
    3. 每个高速缓存中包含多个 slab，slab用于管理缓存的对象
    4. slab中包含多个缓存的对象，物理上由一页或多个连续的页组成

    高速缓存->slab->缓存对象之间的关系如下图：

    mem_cache

    2.3.2 slab层的应用

    slab结构体的定义参见：mm/slab.c

    复制代码
    struct slab {
    struct list_head list;   /* 存放缓存对象，这个链表有 满，部分满，空 3种状态  */
    unsigned long colouroff; /* slab 着色的偏移量 */
    void *s_mem;             /* 在 slab 中的第一个对象 */
    unsigned int inuse;         /* slab 中已分配的对象数 */
    kmem_bufctl_t free;      /* 第一个空闲对象(如果有的话) */
    unsigned short nodeid;   /* 应该是在 NUMA 环境下使用 */
};
    复制代码

    slab层的应用主要有四个方法：

    • 高速缓存的创建
    • 从高速缓存中分配对象
    • 向高速缓存释放对象
    • 高速缓存的销毁
    复制代码
    /**
 * 创建高速缓存
 * 参见文件： mm/slab.c
 * 这个函数的注释很详细，这里就不多说了。
 */
struct kmem_cache *
kmem_cache_create (const char *name, size_t size, size_t align,
    unsigned long flags, void (*ctor)(void *))

/**
 * 从高速缓存中分配对象也很简单
 * 函数参见文件：mm/slab.c
 * @cachep - 指向高速缓存指针
 * @flags  - 之前讨论的 gfp_mask 标志，只有在高速缓存中所有slab都没有空闲对象时，
 *           需要申请新的空间时，这个标志才会起作用。
 *
 * 分配成功时，返回指向对象的指针
 */
void *kmem_cache_alloc(struct kmem_cache *cachep, gfp_t flags)

/**
 * 向高速缓存释放对象
 * @cachep - 指向高速缓存指针
 * @objp   - 要释放的对象的指针
 */
void kmem_cache_free(struct kmem_cache *cachep, void *objp)

/**
 * 销毁高速缓存
 * @cachep - 指向高速缓存指针 
 */
void kmem_cache_destroy(struct kmem_cache *cachep)
    复制代码

    我做了创建高速缓存的例子，来尝试使用上面的几个函数。

    测试代码如下：(其中用到的 kn_common.h 和 kn_common.c 参见之前的博客《Linux内核设计与实现》读书笔记（六）- 内核数据结构)

    复制代码
    #include <linux/slab.h>
#include <linux/slab_def.h>
#include "kn_common.h"

MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");

#define MYSLAB "testslab"

static struct kmem_cache *myslab;

/* 申请内存时调用的构造函数 */
static void ctor(void* obj)
{
    printk(KERN_ALERT "constructor is running....
");
}

struct student
{
    int id;
    char* name;
};

static void print_student(struct student *);


static int testslab_init(void)
{
    struct student *stu1, *stu2;
    
    /* 建立slab高速缓存，名称就是宏 MYSLAB */
    myslab = kmem_cache_create(MYSLAB,
                               sizeof(struct student),
                               0,
                               0,
                               ctor);

    /* 高速缓存中分配2个对象 */
    printk(KERN_ALERT "alloc one student....
");
    stu1 = (struct student*)kmem_cache_alloc(myslab, GFP_KERNEL);
    stu1->id = 1;
    stu1->name = "wyb1";
    print_student(stu1);
    
    printk(KERN_ALERT "alloc one student....
");
    stu2 = (struct student*)kmem_cache_alloc(myslab, GFP_KERNEL);
    stu2->id = 2;
    stu2->name = "wyb2";
    print_student(stu2);
    
    /* 释放高速缓存中的对象 */
    printk(KERN_ALERT "free one student....
");
    kmem_cache_free(myslab, stu1);

    printk(KERN_ALERT "free one student....
");
    kmem_cache_free(myslab, stu2);

    /* 执行完后查看 /proc/slabinfo 文件中是否有名称为 “testslab”的缓存 */
    return 0;
}

static void testslab_exit(void)
{
    /* 删除建立的高速缓存 */
    printk(KERN_ALERT "*************************
");
    print_current_time(0);
    kmem_cache_destroy(myslab);
    printk(KERN_ALERT "testslab is exited!
");
    printk(KERN_ALERT "*************************
");

    /* 执行完后查看 /proc/slabinfo 文件中是否有名称为 “testslab”的缓存 */
}

static void print_student(struct student *stu)
{
    if (stu != NULL)
    {
        printk(KERN_ALERT "**********student info***********
");
        printk(KERN_ALERT "student id   is: %d
", stu->id);
        printk(KERN_ALERT "student name is: %s
", stu->name);
        printk(KERN_ALERT "*********************************
");
    }
    else
        printk(KERN_ALERT "the student info is null!!
");    
}

module_init(testslab_init);
module_exit(testslab_exit);
    复制代码

    Makefile文件如下：

    复制代码
    # must complile on customize kernel
obj-m += myslab.o
myslab-objs := testslab.o kn_common.o

#generate the path
CURRENT_PATH:=$(shell pwd)
#the current kernel version number
LINUX_KERNEL:=$(shell uname -r)
#the absolute path
LINUX_KERNEL_PATH:=/usr/src/kernels/$(LINUX_KERNEL)
#complie object
all:
    make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) modules
    rm -rf modules.order Module.symvers .*.cmd *.o *.mod.c .tmp_versions *.unsigned
#clean
clean:
    rm -rf modules.order Module.symvers .*.cmd *.o *.mod.c *.ko .tmp_versions *.unsigned
    复制代码

    执行测试代码：(我是在 centos6.3 x64 上实验的)

    复制代码
    [root@vbox chap12]# make
[root@vbox chap12]# insmod myslab.ko 
[root@vbox chap12]# dmesg | tail -220 
# 可以看到第一次申请内存时，系统一次分配很多内存用于缓存(构造函数执行了多次)
[root@vbox chap12]# cat /proc/slabinfo | grep test #查看我们建立的缓存名在不在系统中
testslab               0      0     16  202    1 : tunables  120   60    0 : slabdata      0      0      0
[root@vbox chap12]# rmmod myslab.ko #卸载内核模块
[root@vbox chap12]# cat /proc/slabinfo | grep test #我们的缓存名已经不在系统中了
    复制代码

    3. 获取高端内存

    高端内存就是之前提到的 ZONE_HIGHMEM 区的内存。

    在x86体系结构中，这个区的内存不能映射到内核地址空间上，也就是没有逻辑地址，

    为了使用 ZONE_HIGHMEM 区的内存，内核提供了永久映射和临时映射2种手段：

     

    3.1 永久映射

    永久映射的函数是可以睡眠的，所以只能用在进程上下文中。

    复制代码
    /* 将 ZONE_HIGHMEM 区的一个page永久的映射到内核地址空间
 * 返回值即为这个page对应的逻辑地址
 */
static inline void *kmap(struct page *page)

/* 允许永久映射的数量是有限的，所以不需要高端内存时，应该及时的解除映射 */
static inline void kunmap(struct page *page)
    复制代码

    3.2 临时映射

    临时映射不会阻塞，也禁止了内核抢占，所以可以用在中断上下文和其他不能重新调度的地方。

    复制代码
    /**
 * 将 ZONE_HIGHMEM 区的一个page临时映射到内核地址空间
 * 其中的 km_type 表示映射的目的，
 * enum kn_type 的定义参见：<asm/kmap_types.h>
 */
static inline void *kmap_atomic(struct page *page, enum km_type idx)

/* 相应的解除映射是个宏 */
#define kunmap_atomic(addr, idx)    do { pagefault_enable(); } while (0)
    复制代码

    以上的函数都在 <linux/highmem.h> 中定义的。

    4. 内核内存的分配方式

    内核的内存分配和用户空间的内存分配相比有着更多的限制条件，同时也有着更高的性能要求。

    下面讨论2个和用户空间不同的内存分配方式。

    4.1 内核栈上的静态分配

    用户空间中一般不用担心栈上的内存不足，也不用担心内存的管理问题(比如内存越界之类的)，

    即使出了异常也有内核来保证系统的正常运行。

    而在内核空间则完全不一样，不仅栈空间有限，而且为了管理的效率和尽量减少问题的发生，

    内核栈一般都是小而且固定的。

    在x86体系结构中，内核栈的大小一般就是1页或2页，即 4KB ~ 8KB

    内核栈可以在编译内核时通过配置选项将内核栈配置为1页，

    配置为1页的好处是分配时比较简单，只有一页，不存在内存碎片的情况，因为一页是本就是分配的最小单位。

    当有中断发生时，如果共享内核栈，中断程序和被中断程序共享一个内核栈会可能导致空间不足，

    于是，每个进程除了有个内核栈之外，还有一个中断栈，中断栈一般也就1页大小。

    查看当前系统内核栈大小的方法：

    [xxxxx@localhost ~]$ ulimit -a | grep 'stack'
stack size              (kbytes, -s) 8192

    4.2 按CPU分配

    与单CPU环境不同，SMP环境下的并行是真正的并行。单CPU环境是宏观并行，微观串行。

    真正并行时，会有更多的并发问题。

    假定有如下场景：

    复制代码
    void* p;

if (p == NULL)
{
/* 对 P 进行相应的操作，最终 P 不是NULL了 */
}
else
{
/* P 不是NULL，继续对 P 进行相应的操作 */
}
    复制代码

    在上述场景下，可能会有以下的执行流程：

    1. 刚开始 p == NULL
    2. 线程A 执行到 [if (p == NULL)] ，刚进入 if 内的代码时被线程B 抢占 
        由于线程A 还没有执行 if 内的代码，所以 p 仍然是 NULL
    3. 线程B 抢占到CPU后开始执行，执行到 [if (p == NULL)]时， 发现 p 是 NULL，执行 if 内的代码
    4. 线程B 执行完后，线程A 重新被调度，继续执行 if 的代码 
        其实此时由于线程B 已经执行完，p 已经不是 NULL了，线程A 可能会破坏线程B 已经完成的处理，导致数据不一致

    在单CPU环境下，上述情况无需加锁，只需在 if 处理之前禁止内核抢占，在 else 处理之后恢复内核抢占即可。

    而在SMP环境下，上述情况必须加锁，因为禁止内核抢占只能禁止当前CPU的抢占，其他的CPU仍然调度线程B 来抢占线程A 的执行

    SMP环境下加锁过多的话，会严重影响并行的效率，如果是自旋锁的话，还会浪费其他CPU的执行时间。

    所以内核中才有了按CPU分配数据的接口。

    按CPU分配数据之后，每个CPU自己的数据不会被其他CPU访问，虽然浪费了一点内存，但是会使系统更加的简洁高效。

    4.2.1 按CPU分配的优势

    按CPU来分配数据主要有2个优点：

    1. 最直接的效果就是减少了对数据的锁，提高了系统的性能
    2. 由于每个CPU有自己的数据，所以处理器切换时可以大大减少缓存失效的几率 (*注1)

    注1：如果一个处理器操作某个数据，而这个数据在另一个处理器的缓存中时，那么存放这个数据的那个

    处理器必须清理或刷新自己的缓存。持续的缓存失效成为缓存抖动，对系统性能影响很大。

    4.2.2 编译时分配

    可以在编译时就定义分配给每个CPU的变量，其分配的接口参见：<linux/percpu-defs.h>

    /* 给每个CPU声明一个类型为 type，名称为 name 的变量 */
DECLARE_PER_CPU(type, name)
/* 给每个CPU定义一个类型为 type，名称为 name 的变量 */
DEFINE_PER_CPU(type, name)

    注意上面两个宏，一个是声明，一个是定义。

    其实也就是 DECLARE_PER_CPU 中多了个 extern 的关键字

    分配好变量后，就可以在代码中使用这个变量 name 了。

    DEFINE_PER_CPU(int, name);      /* 为每个CPU定义一个 int 类型的name变量 */

get_cpu_var(name)++;            /* 当前处理器上的name变量 +1 */
put_cpu_var(name);              /* 完成对name的操作后，激活当前处理器的内核抢占 */

    通过 get_cpu_var 和 put_cpu_var 的代码，我们可以发现其中有禁止和激活内核抢占的函数。

    相关代码在 <linux/percpu.h> 中

    #define get_cpu_var(var) (*({                
    extern int simple_identifier_##var(void);    
    preempt_disable();/* 这句就是禁止当前处理器上的内核抢占 */    
    &__get_cpu_var(var); }))
#define put_cpu_var(var) preempt_enable()  /* 这句就是激活当前处理器上的内核抢占 */
    4.2.3 运行时分配

    除了像上面那样静态的给每个CPU分配数据，还可以以指针的方式在运行时给每个CPU分配数据。

    动态分配参见：<linux/percpu.h>

    复制代码
    /* 给每个处理器分配一个 size 字节大小的对象，对象的偏移量是 align */
extern void *__alloc_percpu(size_t size, size_t align);
/* 释放所有处理器上已分配的变量 __pdata */
extern void free_percpu(void *__pdata);

/* 还有一个宏，是按对象类型 type 来给每个CPU分配数据的，
 * 其实本质上还是调用了 __alloc_percpu 函数 */
#define alloc_percpu(type)    (type *)__alloc_percpu(sizeof(type), 
                               __alignof__(type))
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    动态分配的一个使用例子如下：

    复制代码
    void *percpu_ptr;
unsigned long *foo;

percpu_ptr = alloc_percpu(unsigned long);
if (!percpu_ptr)
    /* 内存分配错误 */

foo = get_cpu_var(percpu_ptr);
/* 操作foo ... */
put_cpu_var(percpu_ptr);
    复制代码

    5. 总结

    在众多的内存分配函数中，如何选择合适的内存分配函数很重要，下面总结了一些选择的原则：

    应用场景

    分配函数选择
    如果需要物理上连续的页 选择低级页分配器或者 kmalloc 函数
    如果kmalloc分配是可以睡眠 指定 GFP_KERNEL 标志
    如果kmalloc分配是不能睡眠 指定 GFP_ATOMIC 标志
    如果不需要物理上连续的页 vmalloc 函数 (vmalloc 的性能不如 kmalloc)
    如果需要高端内存 alloc_pages 函数获取 page 的地址，在用 kmap 之类的函数进行映射
    如果频繁撤销/创建教导的数据结构 建立slab高速缓存
     
     
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