linux scull 的內存使用

在介紹讀寫操做前, 咱們最好看看如何以及爲何 scull 進行內存分配. "如何"是須要全 面理解代碼, "爲何"演示了驅動編寫者須要作的選擇, 儘管 scull 明確地不是典型設備.

 

本節只處理 scull 中的內存分配策略, 不展現給你編寫真正驅動須要的硬件管理技能. 

 

其餘風味的設備由不一樣的函數關閉, 由於 scull_open 爲每一個設備替換了不一樣的 filp->f_op. 咱們在介紹每種風

味時再討論它們.

 

scull 使用的內存區, 也稱爲一個設備, 長度可變. 你寫的越多, 它增加越多; 經過使用 一個短文件覆蓋設備來進行修整.

 

scull 驅動引入 2 個核心函數來管理 Linux 內核中的內存. 這些函數, 定義在

<linux/slab.h>, 是:

 

void *kmalloc(size_t size, int flags); void kfree(void *ptr);

 

對 kmalloc 的調用試圖分配 size 字節的內存; 返回值是指向那個內存的指針或者若是分 配失敗爲 NULL. flags 參數用來描述內存應當如何分配; 咱們在第 8 章詳細查看這些標 志. 對於如今, 咱們一直使用 GFP_KERNEL. 分配的內存應當用 kfree 來釋放. 你應當從 不傳遞任何不是從 kmalloc 得到的東西給 kfree. 可是, 傳遞一個 NULL 指針給 kfree 是合法的.

 

kmalloc 不是最有效的分配大內存區的方法(見第 8 章), 因此挑選給 scull 的實現不是 一個特別巧妙的. 一個巧妙的源碼實現可能更難閱讀, 而本節的目標是展現讀和寫, 不是 內存管理. 這是爲何代碼只是使用 kmalloc 和 kfree 而不依靠整頁的分配, 儘管這個 方法會更有效.

 

在 flip 一邊, 咱們不想限制"設備"區的大小, 因爲理論上的和實踐上的理由. 理論上, 給在被管理的數據項施加武斷的限制老是個壞想法. 實踐上, scull 可用來暫時地吃光你 系統中的內存, 以便運行在低內存條件下的測試. 運行這樣的測試可能會幫助你理解系統 的內部. 你可使用命令 cp /dev/zero /dev/scull0 來用 scull 吃掉全部的真實 RAM, 而且你可使用 dd 工具來選擇貝多少數據給 scull 設備.

 

在 scull, 每一個設備是一個指針鏈表, 每一個都指向一個 scull_dev 結構. 每一個這樣的結構, 缺省地, 指向最多 4 兆字節, 經過一箇中間指針數組. 發行代碼使用一個 1000 個指針的 數組指向每一個 4000 字節的區域. 咱們稱每一個內存區域爲一個量子, 數組(或者它的長度) 爲一個量子集. 一個 scull 設備和它的內存區如圖一個 scull 設備的佈局所示.

 

選定的數字是這樣, 在 scull 中寫單個一個字節消耗 8000 或 12,000 KB 內存: 4000 是 量子, 4000 或者 8000 是量子集(根據指針在目標平臺上是用 32 位仍是 64 位表示). 相 反, 若是你寫入大量數據, 鏈表的開銷不是太壞. 每 4 MB 數據只有一個鏈表元素, 設備 的最大尺寸受限於計算機的內存大小.

 

爲量子和量子集選擇合適的值是一個策略問題, 而不是機制, 而且優化的值依賴於設備如 何使用. 所以, scull 驅動不該當強制給量子和量子集使用任何特別的值. 在 scull 中, 用戶能夠掌管改變這些值, 有幾個途徑:編譯時間經過改變 scull.h 中的宏

SCULL_QUANTUM 和 SCULL_QSET, 在模塊加載時設定整數值 scull_quantum 和 scull_qset, 或者使用 ioctl 在運行時改變當前值和缺省值.

 

使用宏定義和一個整數值來進行編譯時和加載時配置, 是對於如何選擇主編號的回憶. 我 們在驅動中任何與策略相關或獨斷的值上運用這個技術.

 

餘下的惟一問題是若是選擇缺省值. 在這個特殊狀況下, 問題是找到最好的平衡, 由填充 了一半的量子和量子集致使內存浪費, 若是量子和量子集小的狀況下分配釋放和指針鏈接 引發開銷. 另外, kmalloc 的內部設計應當考慮進去. (如今咱們不追求這點, 不過; kmalloc 的內部在第 8 章探索.) 缺省值的選擇來自假設測試時可能有大量數據寫進 scull, 儘管設備的正常使用最可能只傳送幾 KB 數據.

 

咱們已經見過內部表明咱們設備的 scull_dev 結構. 結構的 quantum 和 qset 分別表明 設備的量子和量子集大小. 實際數據, 可是, 是由一個不一樣的結構跟蹤, 咱們稱爲 struct scull_qset:

 

struct scull_qset { void **data;

struct scull_qset *next;

};

 

下一個代碼片斷展現了實際中 struct scull_dev 和 struct scull_qset 是如何被用來持 有數據的. sucll_trim 函數負責釋放整個數據區, 由 scull_open 在文件爲寫而打開時調 用. 它簡單地遍歷列表而且釋放它發現的任何量子和量子集.

 

int scull_trim(struct scull_dev *dev)

{

struct scull_qset *next, *dptr;

int qset = dev->qset; /* "dev" is not-null */ int i;

for (dptr = dev->data; dptr; dptr = next)

{ /* all the list items */

if (dptr->data) {

for (i = 0; i < qset; i++)

kfree(dptr->data[i]); kfree(dptr->data);

dptr->data = NULL;

}

 

next = dptr->next; kfree(dptr);

}

 

 

dev->size = 0;

dev->quantum = scull_quantum; dev->qset = scull_qset;

dev->data = NULL; return 0;

}

 

scull_trim 也用在模塊清理函數中, 來歸還 scull 使用的內存給系統.