我們都知道在用戶空間動(dòng)態(tài)申請(qǐng)內(nèi)存用的函數(shù)是 malloc()，這個(gè)函數(shù)在各種操作系統(tǒng)上的使用是一致的，對(duì)應(yīng)的用戶空間內(nèi)存釋放函數(shù)是 free()。注意：動(dòng)態(tài)申請(qǐng)的內(nèi)存使用完后必須要釋放，否則會(huì)造成內(nèi)存泄漏，如果內(nèi)存泄漏發(fā)生在內(nèi)核空間，則會(huì)造成系統(tǒng)崩潰。

那么，在內(nèi)核空間中如何申請(qǐng)內(nèi)存呢？一般我們會(huì)用到 kmalloc()、kzalloc()、vmalloc() 等，下面我們介紹一下這些函數(shù)的使用以及它們之間的區(qū)別。

kmalloc()

函數(shù)原型：

void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags)；

kmalloc() 申請(qǐng)的內(nèi)存位于物理內(nèi)存映射區(qū)域，而且在物理上也是連續(xù)的，它們與真實(shí)的物理地址只有一個(gè)固定的偏移，因?yàn)榇嬖谳^簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換關(guān)系，所以對(duì)申請(qǐng)的內(nèi)存大小有限制，不能超過128KB。

較常用的 flags（分配內(nèi)存的方法）：

GFP_ATOMIC —— 分配內(nèi)存的過程是一個(gè)原子過程，分配內(nèi)存的過程不會(huì)被（高優(yōu)先級(jí)進(jìn)程或中斷）打斷；

GFP_KERNEL —— 正常分配內(nèi)存；

GFP_DMA —— 給 DMA 控制器分配內(nèi)存，需要使用該標(biāo)志（DMA要求分配虛擬地址和物理地址連續(xù)）。

flags 的參考用法：

|– 進(jìn)程上下文，可以睡眠GFP_KERNEL |– 進(jìn)程上下文，不可以睡眠GFP_ATOMIC ||– 中斷處理程序GFP_ATOMIC ||– 軟中斷GFP_ATOMIC ||– TaskletGFP_ATOMIC |– 用于DMA的內(nèi)存，可以睡眠GFP_DMA | GFP_KERNEL |– 用于DMA的內(nèi)存，不可以睡眠GFP_DMA |GFP_ATOMIC

對(duì)應(yīng)的內(nèi)存釋放函數(shù)為：

void kfree(const void *objp);

kzalloc()

kzalloc() 函數(shù)與 kmalloc() 非常相似，參數(shù)及返回值是一樣的，可以說是前者是后者的一個(gè)變種，因?yàn)?kzalloc() 實(shí)際上只是額外附加了__GFP_ZERO標(biāo)志。所以它除了申請(qǐng)內(nèi)核內(nèi)存外，還會(huì)對(duì)申請(qǐng)到的內(nèi)存內(nèi)容清零。

/** * 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() 對(duì)應(yīng)的內(nèi)存釋放函數(shù)也是 kfree()。

vmalloc()

函數(shù)原型：

void *vmalloc(unsigned long size);

vmalloc() 函數(shù)則會(huì)在虛擬內(nèi)存空間給出一塊連續(xù)的內(nèi)存區(qū)，但這片連續(xù)的虛擬內(nèi)存在物理內(nèi)存中并不一定連續(xù)。由于 vmalloc() 沒有保證申請(qǐng)到的是連續(xù)的物理內(nèi)存，因此對(duì)申請(qǐng)的內(nèi)存大小沒有限制，如果需要申請(qǐng)較大的內(nèi)存空間就需要用此函數(shù)了。

對(duì)應(yīng)的內(nèi)存釋放函數(shù)為：

void vfree(const void *addr);

注意：vmalloc() 和 vfree() 可以睡眠，因此不能從中斷上下文調(diào)用。

總結(jié)

kmalloc()、kzalloc()、vmalloc() 的共同特點(diǎn)是：

用于申請(qǐng)內(nèi)核空間的內(nèi)存；

內(nèi)存以字節(jié)為單位進(jìn)行分配；

所分配的內(nèi)存虛擬地址上連續(xù)；

kmalloc()、kzalloc()、vmalloc() 的區(qū)別是：

kzalloc 是強(qiáng)制清零的 kmalloc 操作；（以下描述不區(qū)分 kmalloc 和 kzalloc）

kmalloc 分配的內(nèi)存大小有限制（128KB），而 vmalloc 沒有限制；

kmalloc 可以保證分配的內(nèi)存物理地址是連續(xù)的，但是 vmalloc 不能保證；

kmalloc 分配內(nèi)存的過程可以是原子過程（使用 GFP_ATOMIC），而 vmalloc 分配內(nèi)存時(shí)則可能產(chǎn)生阻塞；

kmalloc 分配內(nèi)存的開銷小，因此 kmalloc 比 vmalloc 要快；

一般情況下，內(nèi)存只有在要被 DMA 訪問的時(shí)候才需要物理上連續(xù)，但為了性能上的考慮，內(nèi)核中一般使用 kmalloc()，而只有在需要獲得大塊內(nèi)存時(shí)才使用 vmalloc()。例如，當(dāng)模塊被動(dòng)態(tài)加載到內(nèi)核當(dāng)中時(shí)，就把模塊裝載到由 vmalloc() 分配的內(nèi)存上。

審核編輯：符乾江