Linux内核中get_free_pagekmalloc和vmalloc函数的区别(示例Module).docx
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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。如下图所示: 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),如下图: 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)_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 linux/module.h #include linux/slab.h #include linux/vmalloc.h 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(1pagemem addr=%x, pagemem); kmallocmem = (unsigned char*)kmalloc(100, 0); printk(1kmallocmem addr=%x, kmallocmem); vmallocmem = (unsigned char*)vmalloc(1000000); printk(1vmallocmem 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。
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