linux内存管理——kmalloc和vmalloc

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直接映射区:线性空间中从3G开始最大896M的区间,为直接内存映射区,该区域的线性地址和物理地址存在线性转换关系:线性地址=3G+物理地址。

动态内存映射区:该区域由内核函数vmalloc来分配,特点是:线性空间连续,但是对应的物理空间不一定连续。vmalloc分配的线性地址所对应的物理页可能处于低端内存,也可能处于高端内存。

永久内存映射区:该区域可访问高端内存。访问方法是使用alloc_page(_GFP_HIGHMEM)分配高端内存页或者使用kmap函数将分配到的高端内存映射到该区域。

固定映射区:该区域和4G的顶端只有4k的隔离带,其每个地址项都服务于特定的用途,如ACPI_BASE等。


1.内核的线性地址空间 

进程的4GB内存空间被人为的分为两个部分--用户空间与内核空间。用户空间地址分布从0到3GB(PAGE_OFFSET,在0x86中它等于0xC0000000),3GB到4GB为内核空间。

  内核空间中,从3G到vmalloc_start这段地址是物理内存映射区域该区域中包含了内核镜像、物理页框表mem_map等等)。在物理内存映射区之后,就是vmalloc区域。对于 160M的系统而言,vmalloc_start位置应在3G+160M附近(在物理内存映射区与vmalloc_start期间还存在一个8M的gap 来防止跃界),vmalloc_end的位置接近4G(最后位置系统会保留一片128k大小的区域用于专用页面映射)

  kmalloc和get_free_page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.

vmalloc申请的内存则位于vmalloc_start~vmalloc_end之间,与物理地址没有简单的转换关系,虽然在逻辑上它们也是连续的,但是在物理上它们不要求连续


2.物理内存空间的布局

linux把每个节点的物理内存划分为3个管理区(zone):ZONE_DMA(低于16MB的内存页框), ZONE_NORMAL(16MB~896MB的内存页框), ZONE_HIGHMEM(高于896MB的内存页框)


vmalloc和kmalloc区别

1,kmalloc对应于kfree,分配的内存处于3GB~high_memory之间,这段内核空间与物理内存的映射一一对应,可以分配连续的物理内存; vmalloc对应于vfree,分配的内存在VMALLOC_START~4GB之间,分配连续的虚拟内存,但是物理上不一定连续。

2,vmalloc() 分的物理地址无需连续,而kmalloc() 确保页在物理上是连续的 
3,kmalloc分配内存是基于slab,因此slab的一些特性包括着色,对齐等都具备,性能较好。物理地址和逻辑地址都是连续的。 
4,最主要的区别是分配大小的问题,比如你需要28个字节,那一定用kmalloc,如果用vmalloc,分配不多次机器就罢工了。 
    尽管仅仅在某些情况下才需要物理上连续的内存块,但是,很多内核代码都调用kmalloc(),而不是用vmalloc()获得内存。这主要是出于性能的考虑。vmalloc()函数为了把物理上不连续的页面转换为虚拟地址空间上连续的页,必须专门建立页表项。还有,通过 vmalloc()获得的页必须一个一个的进行映射(因为它们物理上不是连续的),这就会导致比直接内存映射大得多的缓冲区刷新。因为这些原因,vmalloc()仅在绝对必要时才会使用,最典型的就是为了获得大块内存时,例如,当模块被动态插入到内核中时,就把模块装载到由vmalloc()分配的内存上。



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