分类： LINUX
2013-07-22 11:50:49
三:vmalloc的实现:
void *vmalloc(unsigned long size)
{
return __vmalloc(size, GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM, PAGE_KERNEL);
}
实际上调用__vmalloc:
void *__vmalloc(unsigned long size, int gfp_mask, pgprot_t prot)
{
struct vm_struct *area;
struct page **pages;
unsigned int nr_pages, array_size, i;
//使请求的大小与页框对齐
size = PAGE_ALIGN(size);
//有效性检查
if (!size || (size >> PAGE_SHIFT) > num_physpages)
return NULL;
//取得一个有效的VM,这个函数我们在前面已经详细的分析过了
area = get_vm_area(size, VM_ALLOC);
if (!area)
return NULL;
//所要映射的页面总数
nr_pages = size >> PAGE_SHIFT;
//页面描述符所占的空间
array_size = (nr_pages * sizeof(struct page *));
area->nr_pages = nr_pages;
area->pages = pages = kmalloc(array_size, (gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM));
//如果空间分配失败
if (!area->pages) {
remove_vm_area(area->addr);
kfree(area);
return NULL;
}
memset(area->pages, 0, array_size);
//为每一个页面分配空间
for (i = 0; i < area->nr_pages; i++) {
area->pages[i] = alloc_page(gfp_mask);
if (unlikely(!area->pages[i])) {
/* Successfully allocated i pages, free them in __vunmap() */
area->nr_pages = i;
goto fail;
}
}
//为所分配的页面建立映射关系
if (map_vm_area(area, prot, &pages))
goto fail;
return area->addr;
fail:
vfree(area->addr);
return NULL;
}
map_vm_area为所分配的内存建立映射关系,它的程序流程与unmap_vm_area差不多,都是从pgd找到pte,如果同样的映射关系不存在,则新建之.(如:pgd对应的pmd不存在,则新建pmd项,使pgd指向建好的pmd.同理,如果pmd所映射的pte项不存在,则新建pte,然后建立映射),然后将pte映射到相应的页表.代码如下:
int map_vm_area(struct vm_struct *area, pgprot_t prot, struct page ***pages)
{
unsigned long address = (unsigned long) area->addr;
unsigned long end = address + (area->size-PAGE_SIZE);
pgd_t *dir;
int err = 0;
//vm 起始地址所在的页目录
dir = pgd_offset_k(address);
spin_lock(&init_mm.page_table_lock);
do {
pmd_t *pmd = pmd_alloc(&init_mm, dir, address);
if (!pmd) {
err = -ENOMEM;
break;
}
//轮到pmd了 ^_^
if (map_area_pmd(pmd, address, end - address, prot, pages)) {
err = -ENOMEM;
break;
}
address = (address + PGDIR_SIZE) & PGDIR_MASK;
dir++;
} while (address && (address < end));
spin_unlock(&init_mm.page_table_lock);
flush_cache_vmap((unsigned long) area->addr, end);
return err;
}
static int map_area_pmd(pmd_t *pmd, unsigned long address,
unsigned long size, pgprot_t prot,
struct page ***pages)
{
unsigned long base, end;
base = address & PGDIR_MASK;
address &= ~PGDIR_MASK;
end = address + size;
if (end > PGDIR_SIZE)
end = PGDIR_SIZE;
do {
pte_t * pte = pte_alloc_kernel(&init_mm, pmd, base + address);
if (!pte)
return -ENOMEM;
//轮到pte了 ^_^
if (map_area_pte(pte, address, end - address, prot, pages))
return -ENOMEM;
address = (address + PMD_SIZE) & PMD_MASK;
pmd++;
} while (address < end);
return 0;
}
//为页表页建立映射关系
static int map_area_pte(pte_t *pte, unsigned long address,
unsigned long size, pgprot_t prot,
struct page ***pages)
{
unsigned long end;
address &= ~PMD_MASK;
end = address + size;
if (end > PMD_SIZE)
end = PMD_SIZE;
do {
struct page *page = **pages;
WARN_ON(!pte_none(*pte));
if (!page)
return -ENOMEM;
//具体的映射在这里了 ^_^
set_pte(pte, mk_pte(page, prot));
address += PAGE_SIZE;
pte++;
(*pages)++;
} while (address < end);
return 0;
}
只要理解了断开映射的过程,这段代码是很好理解的.
总而言之:linux在建立映射的时候,从pgd 到pte相应的建立映射关系,最后将pte映射到分配得到的物理内存．而在断开映射的时候，linux内核从pgd找到pte,然后将pte置为none,表示pte末建立映射关系.
四:vfree的实现:
代码如下:
void vfree(void *addr)
{
BUG_ON(in_interrupt());
__vunmap(addr, 1);
}
跟踪至__vunmap:
void __vunmap(void *addr, int deallocate_pages)
{
struct vm_struct *area;
//参数有效性检查
if (!addr)
return;
//判断addr是否是按页框对齐的
if ((PAGE_SIZE-1) & (unsigned long)addr) {
printk(KERN_ERR "Trying to vfree() bad address (%p)\n", addr);
WARN_ON(1);
return;
}
//remove_vm_area:这个函数我们在之前已经分析过了 ^_^
area = remove_vm_area(addr);
if (unlikely(!area)) {
//没有找到起始地址为addr的vm.则无效,退出
printk(KERN_ERR "Trying to vfree() nonexistent vm area (%p)\n",
addr);
WARN_ON(1);
return;
}
if (deallocate_pages) {
int i;
for (i = 0; i < area->nr_pages; i++) {
if (unlikely(!area->pages[i]))
BUG();
//释放请求获得的页面
__free_page(area->pages[i]);
}
//释放分配的page 描述符
kfree(area->pages);
}
//释放内核的vm 描述符
kfree(area);
return;
}
五:总结
经过上面的分析，我们可以看到，vmalloc分配内存的过程是十分低效的，不仅要从伙伴系统中取内存而且要建立映射关系，显然，用vmalloc分配较小的内存是不合算的。此外。有个问题值得思考一下：为什么用__get_free_page不需要建立映射关系，而vmalloc就需要呢？
其实，不管使用何种方式。线性地址到物理地址的转换最终都要经过硬件的页式管理去完成。所不同的是__get_free_page返回的线性地址是属于（PAGE_OFFSET,HIGH_MEMORY）之间的，这段线性地址在内核初始化的时候就完成了映射。而vmalloc使用的线性地址是属于（VMALLOC_START VMALLOC_END）之间的，也就是说属于一个临时映射区，所以必须为其建立映射关系。
