Linux内核内存分配函数之kmalloc

本文介绍Linux内核内存分配函数 kmalloc 。

注：

1） __builtin_constant_p 编译器内联函数，判断传入参数是否为常量。如果是变量，直接调用 __kmalloc 函数。

2） KMALLOC_MAX_CACHE_SIZE 表示系统创建 slab cache 的最大值为8K，定义如下：

RockPI 4A Linux内核使能 ARM64_4K_PAGES 。可使用命令 getconf 查看 page size ，具体如下：

3） kmalloc 一般用于小内存分配，RockPI 4A Linux内核基于 slub （ CONFIG_SLUB=y ）实现。系统先用页分配器分配以页为最小单位的连续物理地址，然后 kmalloc 在此基础上根据调用者的需要进行切分。如果分配超过 KMALLOC_MAX_CACHE_SIZE ，则使用 kmalloc_large 进行大内存分配，即调用页分配器分配内存。（ 后续仔细学习 ）

4） kmalloc 分配的内存在物理上连续，可用于DMA设备。 vmalloc 分配的内存是线性地址连续，物理地址不连续，不可用于DMA设备。

size ：分配内存的大小，以字节为单位；

flags ：分配内存的类型，包括：

1） GFP_USER ：可能会引起休眠，用于为用户空间分配内存。

2） GFP_KERNEL ：可能会引起休眠，用于内核内存正常分配。

3） GFP_ATOMIC ：不会引起休眠，可用于中断处理程序中内存分配。

4） GFP_HIGHUSER ：从高端内存中分配内存。

5） GFP_DMA ：用于DMA内存分配。

6）其它类型见： include/linux/gfp.h

GFP 可理解为 get free page 。

返回分配内存的首地址，是虚拟地址（线性地址）。

正所谓有借有还，再借不难。每次 kmalloc ，都要有对应的内存释放函数 kfree 。定义文件： mm/slub.c ，如下：

linux系统用户空间中动态申请内存的函数为malloc ()，这个函数在各种 *** 作系统上的使用都是一致的，malloc ()申请的内存的释放函数为free()。对于Linux而言，C库的malloc ()函数一般通过brk ()和mmap ()两个系统调用从内核申请内存。由于用户空间C库的malloc算法实际上具备一个二次管理能力，所以并不是每次申请和释放内存都一定伴随着对内核的系统调用。比如，代码清单11.2的应用程序可以从内核拿到内存后，立即调用free()，由于free()之前调用了mallopt(M_TRIM_THRESHOLD，一1）和mallopt (M_MMAP_MAX，0)，这个free ()并不会把内存还给内核，而只是还给了C库的分配算法（内存仍然属于这个进程)，因此之后所有的动态内存申请和释放都在用户态下进行。另外，Linux内核总是采用按需调页（Demand Paging)，因此当malloc ()返回的时候，虽然是成功返回，但是内核并没有真正给这个进程内存，这个时候如果去读申请的内存，内容全部是0，这个页面的映射是只读的。只有当写到某个页面的时候，内核才在页错误后，真正把这个页面给这个进程。在Linux内核空间中申请内存涉及的函数主要包括kmalloc( ) 、get free pages ( )和vmalloc ()等。kmalloc ()和_get_free pages ()(及其类似函数）申请的内存位于DMA和常规区域的映射区，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。而vmalloc()在虚拟内存空间给出一块连续的内存区，实质上，这片连续的虚拟内存在物理内存中并不一定连续，而vmalloc (）申请的虚拟内存和物理内存之间也没有简单的换算关系。

---