LINUX內核內存管理kmalloc,vmalloc

本文轉載自查看原文 2015-05-27 17:21 11818 LINUX內核構建

一.kmalloc與vmallco

　　　　在設備驅動程序或者內核模塊中動態開辟內存，不是用malloc，而是kmalloc ,vmalloc，釋放內存用的是kfree,vfree，kmalloc函數返回的是虛擬地址(線性地址). kmalloc特殊之處在於它分配的內存是物理上連續的,這對於要進行DMA的設備十分重要. 而用vmalloc分配的內存只是線性地址連續,物理地址不一定連續,不能直接用於DMA。vmalloc函數的工作方式類似於kmalloc，只不過前者分配的內存虛擬地址是連續的，而物理地址則無需連續。通過vmalloc獲得的頁必須一個一個地進行映射，效率不高，因此，只在不得已(一般是為了獲得大塊內存)時使用。vmalloc函數返回一個指針，指向邏輯上連續的一塊內存區，其大小至少為size。在發生錯誤時，函數返回NULL。vmalloc可能睡眠，因此，不能從中斷上下文中進行調用，也不能從其它不允許阻塞的情況下調用。要釋放通過vmalloc所獲得的內存，應使用vfree函數

　　　　vmalloc和kmalloc的分配內存的特點大概如下：

　　區別大概可總結為：

　　　　　　1，vmalloc分配的一般為高端內存，只有當內存不夠的時候才分配低端內存；kmallco從低端內存分配。

　　　　　　2，vmalloc分配的物理地址一般不連續，而kmalloc分配的地址連續，兩者分配的虛擬地址都是連續的；

　　　　　　3，vmalloc分配的一般為大塊內存，而kmaooc一般分配的為小塊內存，（一般不超過128k);

二.DMA工作

　　　　為了減少CPU對快速設備入出的操作，可以通過把這批數據的傳輸過程交由一塊專用的接口卡（DMA接口）來控制，讓DMA卡代替CPU控制在快速設備與主存儲器之間直接傳輸數據，其大概工作的機制是在DMA模式下，CPU只須向DMA控制器下達指令，讓DMA控制器來處理數據的傳送，數據傳送完畢再把信息反饋給CPU，這樣就很大程度上減輕了 CPU資源占有率。

　　　　工作示意圖大概如下：

　　　　以下是測試的代碼：

  1 #include <linux/init.h>
  2 #include <linux/thread_info.h>
  3 #include <linux/module.h>
  4 #include <linux/sched.h>
  5 #include <linux/errno.h>
  6 #include <linux/kernel.h>
  7 #include <linux/module.h>
  8 #include <linux/slab.h>
  9 #include <linux/input.h>
 10 #include <linux/init.h>
 11 #include <linux/serio.h>
 12 #include <linux/delay.h>
 13 #include <linux/clk.h>
 14 #include <linux/miscdevice.h>
 15 #include <linux/io.h>
 16 #include <linux/ioport.h>
 17 #include <linux/vmalloc.h>
 18 #include <linux/dma-mapping.h>
 19 #include <linux/export.h>
 20 #include <linux/gfp.h>
 21 
 22 #include <asm/dma-mapping.h>
 23 #include <asm/uaccess.h>
 24 
 25 #include <linux/gpio.h>
 26 #include <mach/gpio.h>
 27 #include <plat/gpio-cfg.h>
 28 
 29 MODULE_LICENSE("GPL");
 30 MODULE_AUTHOR("bunfly");
 31 
 32 
 33 unsigned long vmalloc_to_pfn(const void *vmalloc_addr);
 34 int test_init()
 35 {
 36     int ret = 0;
 37     unsigned char *vmalloc_virt, *normal_virt, *phys;
 38     unsigned long pfn;
 39 
 40     printk("KERNEL SPACE: init\n");
 41 
 42     printk("KERNEL SPACE: read from d0003000: %s\n", 0xd0003000);
 43     //讀出d0003000虛擬地址里面的數據
 44 
 45     normal_virt = kmalloc(40, GFP_KERNEL);
 46     //kmalloc分配一段虛擬地址，大小，睡眠不可中斷
 47 
 48     phys = virt_to_phys(normal_virt);
 49     printk("KMAKLLOC: kmalloc virt: %p <==> phys: %p\n", normal_virt, phys);
 50 
 51     kfree(normal_virt);
 52 
 53     //分配頁
 54     //--------------------------------------
 55     vmalloc_virt = vmalloc(500);
 56     //vmalloc分配內存
 57 
 58     pfn = vmalloc_to_pfn(vmalloc_virt);
 59     //頁分配
 60     phys = (pfn << 12) | ((unsigned long)vmalloc_virt & 0xfff);
 61     //將頁地址轉換成物理地址
 62     normal_virt = phys_to_virt(phys);
 63     //再將物理地址轉換成虛擬地址
 64     printk("VMALLOC: vmalloc_virt = %p, normal_virt = %p\n", vmalloc_virt, normal_virt);
 65 
 66     //dma分配
 67     normal_virt = dma_alloc_coherent(NULL, 1024, &phys, GFP_KERNEL);
 68     printk("DMA: vmalloc_virt = %p, normal_virt = %p\n", vmalloc_virt,phys);
 69     dma_free_coherent(NULL, 1024, normal_virt, phys);
 70 
 71     vfree(vmalloc_virt);
 72     return 0;
 73 }
 74 
 75 void test_exit()
 76 {
 77     printk("KERNEL SPACE: exit\n");
 78 }
 79 
 80 module_init(test_init);
 81 module_exit(test_exit);
 82 
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