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既然说到了内存管理,就顺带说一下内存分配。内存的管理细节以及实现可以看mm部分的源码。暴露给内核程序员的基本内存分配函数是经常要用到的东东。
简单说来,有三种分配内存的方法:
- kmalloc:这个用到很多。这个函数将会分配一片连续的物理内存。通常分配连续物理内存的好处就是构造页表的时候开销很低(通常线性地址加上一个偏移就是物理地址),同时访问起来效率也高。当然连续的物理内存也是很宝贵的资源。内核中使用的buddy algorithm和slab机制都是为了尽量减少内存碎片,增加连续内存分配成功的几率。kmalloc有很多mode,比如说GFP_KERNEL, GFP_ATOMIC。这些mode其实是一些更细节的flag的组合,比如说 GFP_KERNEL 就是 __GFP_WAIT | __GFP_IO | __GFP_FS ; 而 GFP_ATOMIC 就是 __GFP_HIGH。在一些中断处理中需要内存分配立刻返回,这样就需要不同的kmalloc 模式。这些flag具体的意思可以参考LDD3的第八章。
- kmem_cache:这个是Linux内核Slab机制提供的特殊的内存分配函数。“slab”直译过来就是“水泥预制板”:) 其实这个名字非常的形象。内核中经常要分配一些常用的struct,比如说filp, task_struct, file等等。Slab是一个lookaside cache机制,在内存中会创建一个memory pool。这个pool里面当然就是这些指定大小的object。这样分配或者释放起来都很高效(省去了内存分配和初始化的过程)。
- __get_free_pages:是直接获取整页的内存(页数是2的幂)。其实kmalloc在实现的时候也调用了这个函数。当需要分配大量的内存的时候,使用这个函数能够提高效率。
- vmalloc:这个函数分配一片连续的“虚拟内存”。也就是说返回的线性地址虽然是连续的,但是映射到的物理内存是不连续的,而且跟物理地址可能不是一一对应的(不同于kmalloc和__get_free_pages)。所以在使用分配到的内存时,页表的查询比较频繁,所以效率相对较低。但是LDD3中提到了Linux内核在create_module的时候,采用的就是vmalloc。我看了看/proc/kallsyms,我load的module里面的symbol确实都分布在不同的内存区域。