浅谈用户空间和内核空间内存分配

一、用户空间动态申请内存：

1、malloc：

    malloc分配的内存大小至少为size参数所指定的字节数
    malloc的返回值是一个指针，指向一段可用内存的起始地址
    多次调用malloc所分配的地址不能有重叠部分，除非某次malloc所分配的地址被释放掉
    malloc应该尽快完成内存分配并返回（不能使用NP-hard的内存分配算法）
    实现malloc时应同时实现内存大小调整和内存释放函数（realloc和free）

注：malloc和free函数是配对的，如果申请后不释放就是内存泄露;如果无故释放那就是什么都没有做，释放只能释放一次，如果释放两次及两次以上会出现错误（但是释放空指针例外，释放空指针其实也等于什么都没有做，所以，释放多少次都是可以的）

2、new

new返回指定类型的指针，并且可以自动计算所需要的大小。而malloc则必须由我们计算字节数，并且在返回的时候强转成实际指定类型的指针。

注：new和delete函数是配使用的

这里malloc分配的内存空间在逻辑上是连续的，而在物理上可以不连续。

二、内核空间中申请内存：

kmalloc()

函数原型：void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags)；
　　kmalloc() 申请的内存位于物理内存映射区域，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，因为存在较简单的转换关系，所以对申请的内存大小有限制，不能超过128KB。
较常用的 flags（分配内存的方法）：
GFP_ATOMIC —— 分配内存的过程是一个原子过程，分配内存的过程不会被（高优先级进程或中断）打断；
GFP_KERNEL —— 正常分配内存；
GFP_DMA —— 给 DMA 控制器分配内存，需要使用该标志（DMA要求分配虚拟地址和物理地址连续）。
flags 的参考用法：
　|– 进程上下文，可以睡眠　　　　　GFP_KERNEL
　|– 进程上下文，不可以睡眠　　　　GFP_ATOMIC
　|　　|– 中断处理程序　　　　　　　GFP_ATOMIC
　|　　|– 软中断　　　　　　　　　　GFP_ATOMIC
　|　　|– Tasklet　　　　　　　　　 GFP_ATOMIC
　|– 用于DMA的内存，可以睡眠　　　GFP_DMA | GFP_KERNEL
　|– 用于DMA的内存，不可以睡眠　　GFP_DMA |GFP_ATOMIC 　　
对应的内存释放函数为： void kfree(const void *objp);
kzalloc()
　　kzalloc() 函数与 kmalloc() 非常相似，参数及返回值是一样的，可以说是前者是后者的一个变种，因为 kzalloc() 实际上只是额外附加了 __GFP_ZERO 标志。所以它除了申请内核内存外，还会对申请到的内存内容清零。
/** * 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() 对应的内存释放函数也是 kfree()。

vmalloc()
函数原型：void *vmalloc(unsigned long size);
　　vmalloc() 函数则会在虚拟内存空间给出一块连续的内存区，但这片连续的虚拟内存在物理内存中并不一定连续。由于 vmalloc() 没有保证申请到的是连续的物理内存，因此对申请的内存大小没有限制，如果需要申请较大的内存空间就需要用此函数了。
对应的内存释放函数为： void vfree(const void *addr);
注意：vmalloc() 和 vfree() 可以睡眠，因此不能从中断上下文调用。
总结：
kmalloc()、kzalloc()、vmalloc() 的共同特点是：
用于申请内核空间的内存；
内存以字节为单位进行分配；

所分配的内存虚拟地址上连续；

kmalloc()、kzalloc()、vmalloc() 的区别是：
kzalloc 是强制清零的 kmalloc 操作；（以下描述不区分 kmalloc 和 kzalloc）
kmalloc 分配的内存大小有限制（128KB），而 vmalloc 没有限制；
kmalloc 可以保证分配的内存物理地址是连续的，但是 vmalloc 不能保证；
kmalloc 分配内存的过程可以是原子过程（使用 GFP_ATOMIC），而 vmalloc 分配内存时则可能产生阻塞；
kmalloc 分配内存的开销小，因此 kmalloc 比 vmalloc 要快；
一般情况下，内存只有在要被 DMA 访问的时候才需要物理上连续，但为了性能上的考虑，内核中一般使用 kmalloc()，而只有在需要获得大块内存时才使用 vmalloc()。例如，当模块被动态加载到内核当中时，就把模块装载到由 vmalloc() 分配的内存上。

浅谈用户空间和内核空间内存分配

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