一、前言
当设备长时间运行后，内存碎片化，很难找到连续的物理页。在这种情况下，如果需要分配长度超过一页的内存块，可以使用不连续页分配器，分配虚拟地址连续但是物理地址不连续的内存块。在 32 位系统中不连分配器还有一个好处：优先从高端内存区域分配页，保留稀缺的低端内存区域。
二、编程接口
2.1、内核提供的vmalloc函数接口
-
vmalloc：分配不连续的物理地址空间，但虚拟内存地址是连续的。
-
vfree：配套，释放 vmalloc 分配的内存地址。
2.2、内核提供的kmalloc函数接口
-
kmalloc：分配物理连续的内存地址（则虚拟地址自然连续，基于 slab）。
-
kfree：配套，释放 kmalloc 分配的内存地址。
2.3、数据结构
struct vm_struct {
struct vm_struct *next;
void *addr;
unsigned long size;
unsigned long flags;
struct page **pages;
unsigned int nr_pages;
phys_addr_t phys_addr;
const void *caller;
};
struct vmap_area {
unsigned long va_start;
unsigned long va_end;
struct rb_node rb_node; /* address sorted rbtree */
struct list_head list; /* address sorted list */
/*
* The following three variables can be packed, because
* a vmap_area object is always one of the three states:
* 1) in "free" tree (root is vmap_area_root)
* 2) in "busy" tree (root is free_vmap_area_root)
* 3) in purge list (head is vmap_purge_list)
*/
union {
unsigned long subtree_max_size; /* in "free" tree */
struct vm_struct *vm; /* in "busy" tree */
struct llist_node purge_list; /* in purge list */
};
};
- 每个虚拟内存区域对应一个 vmap_area 实例；
- 每个 vmap_area 实例关联一个 vm_struct 实例；
三、vmalloc的使用示例
分配不连续的物理地址空间，但虚拟内存地址是连续的。
- 定义初始化模块和退出模块函数。
- 定义一个全局变量。
- 在初始化模块函数调用vmalloc函数，申请内存。
- 退出模块调用vfree释放内存。
- 模块初始化操作和退出函数调用module_init()和module_exit()。
- 其他的声明信息，比如许可协议、作者、模块功能描述等等。
vmtest.c
/* 头文件和全局变量地声明*/
#include <linux/vmalloc.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
static int __init vmalloc_InitFunc(void);
static void __exit vmalloc_ExitFunc(void);
#define MEMORY_SIZE 4096
char * pmymemory;
// 模块初始化函数
int __init vmalloc_InitFunc(void)
{
pmymemory = (char *)vmalloc(MEMORY_SIZE);
if(pmymemory == NULL )
printk("执行：vmalloc(...)函数分配内存失败! \n");
else
printk("执行：vmalloc(...)函数成功，地址 = 0x%lx\n", (unsigned long)pmymemory);
return 0;
}
// 模块退出函数
void __exit vmalloc_ExitFunc(void)
{
if(NULL != pmymemory)
{
vfree(pmymemory);
printk("调用：vfree(...)释放内存成功！\n");
}
printk("正常：内核模块退出成功!\n");
}
/* 模块初始化操作和退出函数调用 */
module_init(vmalloc_InitFunc);
module_exit(vmalloc_ExitFunc);
MODULE_LICENSE("GPL"); /* 描述模块代码接受的软件许可协议 */
MODULE_AUTHOR("Lion Long"); /* 描述模块的作者信息：包括作者姓名及邮箱等等 */
MODULE_DESCRIPTION(" kernel module : vmalloc/vfree"); /* 简要描述此模块用途及功能介绍*/
Makefile
obj-m:=vmtest.o
CURRENT_PAHT:=$(shell pwd)
LINUX_KERNEL:=$(shell uname -r)
LINUX_KERNEL_PATH:=/usr/src/linux-headers-$(LINUX_KERNEL)
all:
make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PAHT) modules
clean:
make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PAHT) cleals
（1）make。
$ make
make -C /usr/src/linux-headers-4.15.0-142-generic M=/home/fly/workspace/vmalloctest modules
make[1]: Entering directory '/usr/src/linux-headers-4.15.0-142-generic'
CC [M] /home/fly/workspace/vmalloctest/vmtest.o
Building modules, stage 2.
MODPOST 1 modules
CC /home/fly/workspace/vmalloctest/vmtest.mod.o
LD [M] /home/fly/workspace/vmalloctest/vmtest.ko
make[1]: Leaving directory '/usr/src/linux-headers-4.15.0-142-generic'
$ ls
Makefile modules.order Module.symvers vmtest.c vmtest.ko vmtest.mod.c vmtest.mod.o vmtest.o
（2）插入模块。
# insmod vmtest.ko
# dmesg -c
[159699.561428] 执行：vmalloc(...)函数成功，地址 = 0xffffa6aec0668000
四、kmalloc的使用示例
分配物理连续的内存地址（则虚拟地址自然连续，基于 slab）。
- 定义初始化模块和退出模块函数。
- 定义一个全局变量。
- 在初始化模块函数调用kmalloc函数，申请内存。
- 退出模块调用kfree释放内存。
- 模块初始化操作和退出函数调用module_init()和module_exit()。
- 其他的声明信息，比如许可协议、作者、模块功能描述等等。
kmtest.c
/* 头文件和全局变量地声明*/
#include <linux/vmalloc.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/slab.h>
static int __init kmalloc_InitFunc(void);
static void __exit kmalloc_ExitFunc(void);
#define MEMORY_SIZE 4096
char * pmymemory;
// 模块初始化函数
int __init kmalloc_InitFunc(void)
{
pmymemory = (char *)kmalloc(MEMORY_SIZE,GFP_KERNEL);
if(pmymemory == NULL )
printk("执行：kmalloc(...)函数分配内存失败! \n");
else
{
// /*输出分配的内存空间的起始地址*/
printk("执行：kmalloc(...)函数成功，地址 = 0x%lx\n", (unsigned long)pmymemory);
}
return 0;
}
// 模块退出函数
void __exit kmalloc_ExitFunc(void)
{
if(NULL != pmymemory)
{
kfree(pmymemory);
printk("调用：kfree(...)释放内存成功！\n");
}
printk("正常：内核模块退出成功!\n");
}
/* 模块初始化操作和退出函数调用 */
module_init(kmalloc_InitFunc);
module_exit(kmalloc_ExitFunc);
MODULE_LICENSE("GPL"); /* 描述模块代码接受的软件许可协议 */
MODULE_AUTHOR("Lingshengedu"); /* 描述模块的作者信息：包括作者姓名及邮箱等等 */
MODULE_DESCRIPTION(" kernel module : kmalloc/kfree"); /* 简要描述此模块用途及功能介绍*/
Makefile
obj-m:=kmkf.o
CURRENT_PAHT:=$(shell pwd)
LINUX_KERNEL:=$(shell uname -r)
LINUX_KERNEL_PATH:=/usr/src/linux-headers-$(LINUX_KERNEL)
all:
make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PAHT) modules
clean:
make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PAHT) cleals
（1）make。
# make
make -C /usr/src/linux-headers-4.15.0-142-generic M=/home/fly/workspace/kmalloctest modules
make[1]: Entering directory '/usr/src/linux-headers-4.15.0-142-generic'
CC [M] /home/fly/workspace/kmalloctest/kmtest.o
Building modules, stage 2.
MODPOST 1 modules
CC /home/fly/workspace/kmalloctest/kmtest.mod.o
LD [M] /home/fly/workspace/kmalloctest/kmtest.ko
make[1]: Leaving directory '/usr/src/linux-headers-4.15.0-142-generic'
# ls
kmtest.c kmtest.ko kmtest.mod.c kmtest.mod.o kmtest.o Makefile modules.order Module.symvers
（2）insmod。文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-414731.html
# insmod kmtest.ko
# dmesg -c
[160514.302923] 执行：kmalloc(...)函数成功，地址 = 0xffff8f54b28ac000
文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-414731.html
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