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# Linux Kernel 内存分配
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## kmalloc()
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函数原型：
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```c
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void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags);
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```
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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。
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较常用的 flags（分配内存的方法）：
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* 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；
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* GFP_KERNEL —— 正常分配内存；
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* 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）。
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flags 的参考用法：
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| 说民 | Flag |
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| 进程上下文，可以睡眠 | GFP_KERNEL |
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| 进程上下文，不可以睡眠(中断处理程序、软中断、Tasklet) | GFP_ATOMIC |
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| 用于DMA的内存，可以睡眠 | GFP_DMA \| GFP_KERNEL |
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| 用于DMA的内存，不可以睡眠 | GFP_DMA \|GFP_ATOMIC |
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对应的内存释放函数为：
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```c
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void kfree(const void *objp);
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## kzalloc()
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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。
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```c
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/**
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* kzalloc - allocate memory. The memory is set to zero.
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* @size: how many bytes of memory are required.
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* @flags: the type of memory to allocate (see kmalloc).
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*/
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static inline void *kzalloc(size_t size, gfp_t flags)
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{
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return kmalloc(size, flags | __GFP_ZERO);
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}
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```
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kzalloc() 对应的内存释放函数也是 kfree()。
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## vmalloc()
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函数原型：
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```c
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void *vmalloc(unsigned long size);
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```
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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。
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对应的内存释放函数为：
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```c
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void vfree(const void *addr);
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```
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注意：vmalloc() 和 vfree() 可以睡眠，因此不能从中断上下文调用。
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## 总结
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kmalloc()、kzalloc()、vmalloc() 的共同特点是：
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1. 用于申请内核空间的内存；
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2. 内存以字节为单位进行分配；
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3. 所分配的内存虚拟地址上连续。
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kmalloc()、kzalloc()、vmalloc() 的区别是：
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1. kzalloc 是强制清零的 kmalloc 操作；（以下描述不区分 kmalloc 和 kzalloc）
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2. kmalloc 分配的内存大小有限制（128KB），而 vmalloc 没有限制；
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3. 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；
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4. 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；
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5. kmalloc 分配内存的开销小，因此 kmalloc 比 vmalloc 要快。
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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。
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