Linux內核空間內存申請函數kmalloc、kzalloc、vmalloc

咱們都知道在用戶空間動態申請內存用的函數是 malloc()，這個函數在各類操做系統上的使用是一致的，對應的用戶空間內存釋放函數是 free()。

注意：動態申請的內存使用完後必需要釋放，不然會形成內存泄漏，若是內存泄漏發生在內核空間，則會形成系統崩潰。 

那麼，在內核空間中如何申請內存呢？通常咱們會用到 kmalloc()、kzalloc()、vmalloc() 等，下面咱們介紹一下這些函數的使用以及它們之間的區別。

kmalloc()

函數原型：
void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags)；

kmalloc() 申請的內存位於物理內存映射區域，並且在物理上也是連續的，它們與真實的物理地址只有一個固定的偏移，由於存在較簡單的轉換關係，因此對申請的內存大小有限制，不能超過128KB。 

較經常使用的 flags（分配內存的方法）：

• GFP_ATOMIC —— 分配內存的過程是一個原子過程，分配內存的過程不會被（高優先級進程或中斷）打斷；
• GFP_KERNEL —— 正常分配內存；
• GFP_DMA —— 給 DMA 控制器分配內存，須要使用該標誌（DMA要求分配虛擬地址和物理地址連續）。

flags 的參考用法： 
　|– 進程上下文，能夠睡眠　　　　　GFP_KERNEL 
　|– 進程上下文，不能夠睡眠　　　　GFP_ATOMIC 
　|　　|– 中斷處理程序　　　　　　　GFP_ATOMIC 
　|　　|– 軟中斷　　　　　　　　　　GFP_ATOMIC 
　|　　|– Tasklet　　　　　　　　　GFP_ATOMIC 
　|– 用於DMA的內存，能夠睡眠　　　GFP_DMA | GFP_KERNEL 
　|– 用於DMA的內存，不能夠睡眠　　GFP_DMA |GFP_ATOMIC 

成功返回分配的目標內存空間的首地址;失敗返回NULL.   
對應的內存釋放函數爲：

void kfree(const void *objp);

kzalloc()
/** * 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() 函數與 kmalloc() 很是類似，參數及返回值是同樣的，能夠說是前者是後者的一個變種，由於 kzalloc() 實際上只是額外附加了 __GFP_ZERO 標誌。因此它除了申請內核內存外，還會對申請到的內存內容清零。

kzalloc() 對應的內存釋放函數也是 kfree()。

vmalloc()

函數原型：
void *vmalloc(unsigned long size);

　　vmalloc() 函數則會在虛擬內存空間給出一塊連續的內存區，但這片連續的虛擬內存在物理內存中並不必定連續。因爲 vmalloc() 沒有保證申請到的是連續的物理內存，所以對申請的內存大小沒有限制，若是須要申請較大的內存空間就須要用此函數了。

對應的內存釋放函數爲：

void vfree(const void *addr);

注意：vmalloc() 和 vfree() 能夠睡眠，所以不能從中斷上下文調用。 
　　

總結
用於申請內核空間的內存；kmalloc()、kzalloc()、vmalloc() 的共同特色是：

1. 內存以字節爲單位進行分配；
2. 所分配的內存虛擬地址上連續；

kmalloc()、kzalloc()、vmalloc() 的區別是：

1. kzalloc 是強制清零的 kmalloc 操做；（如下描述不區分 kmalloc 和 kzalloc）
2. kmalloc 分配的內存大小有限制（128KB），而 vmalloc 沒有限制；
3. kmalloc 能夠保證分配的內存物理地址是連續的，可是 vmalloc 不能保證；
4. kmalloc 分配內存的過程能夠是原子過程（使用 GFP_ATOMIC），而 vmalloc 分配內存時則可能產生阻塞；
5. kmalloc 分配內存的開銷小，所以 kmalloc 比 vmalloc 要快；

通常狀況下，內存只有在要被 DMA 訪問的時候才須要物理上連續，但爲了性能上的考慮，內核中通常使用 kmalloc()，而只有在須要得到大塊內存時才使用 vmalloc()。例如，當模塊被動態加載到內核當中時，就把模塊裝載到由 vmalloc() 分配的內存上。

轉自：http://www.th7.cn/system/lin/201606/167750.shtml