kmalloc分配物理内存与高端内存映射--Linux内存管理(十八)
- 1 前景回顾
- 1.1 内核映射区
- 2 kmallc & kfree分配释放连续的物理内存
- 3 分配掩码(gfp_mask标志)
1 前景回顾
1.1 内核映射区
尽管vmalloc函数族可用于从高端内存域向内核映射页帧(这些在内核空间中通常是无法直接看到的), 但这并不是这些函数的实际用途.
重要的是强调以下事实 : 内核提供了其他函数用于将ZONE_HIGHMEM页帧显式映射到内核空间,这些函数与vmalloc机制无关. 因此, 这就造成了混乱.
而在高端内存的页不能永久（指的是不能映射关系不永久）地映射到内核地址空间.因此,通过alloc_pages()函数以__GFP_HIGHMEM标志获得的内存页就不可能有逻辑地址（因为高端内存页不能永久映射，所以需要在128MB线性空间自建线性地址空间！！！）.
在x86_32体系结构总, 高于896MB的所有物理内存的范围大都是高端内存,它并不会永久地或自动映射到内核地址空间, 尽管X86处理器能够寻址物理RAM的范围达到4GB(启用PAE可以寻址64GB),一旦这些页被分配,就必须映射到内核的逻辑地址空间上.在x86_32上,高端地址的页被映射到内核地址空间(即虚拟地址空间的3GB~4GB)
内核地址空间的最后128MB用于何种用途呢?
该部分有3个用途。
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虚拟内存中连续、但物理内存中不连续的内存区，可以在vmalloc区域分配.该机制通常用于用户过程,内核自身会试图尽力避免非连续的物理地址。内核通常会成功，因为大部分大的内存块都在启动时分配给内核，那时内存的碎片尚不严重。但在已经运行了很长时间的系统上,在内核需要物理内存时,就可能出现可用空间不连续的情况. 此类情况, 主要出现在动态加载模块时.
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持久映射用于将高端内存域中的非持久页（指的是映射关系不是持久！！！）映射到内核中
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固定映射是与物理地址空间中的固定页关联的虚拟地址空间项，但具体关联的页帧可以*选择. 它与通过固定公式与物理内存关联的直接映射页相反，虚拟固定映射地址与物理内存位置之间的关联可以自行定义，关联建立后内核总是会注意到的.
x86_32上的地址划分:
在这里有两个预处理器符号很重要
- __VMALLOC_RESERVE设置了vmalloc区域的长度
- MAXMEM则表示内核可以直接寻址的物理内存的最大可能数量
内核虚拟地址空间:
内核中, 将内存划分为各个区域是通过图3-15所示的各个常数控制的。根据内核和系统配置,这些常数可能有不同的值。直接映射的边界由high_memory指定。
- 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(物理内存页！！！）或者使用kmap函数将分配到的高端内存映射到该区域.
由于这个空间是4M大小，最多能同时映射1024个page。因此，对于不使用的的page，应该及时从这个空间释放掉（解除映射关系就是解系），通过kunmap()，可以把一个page对应的线性地址从这个空间释放出来。
- 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。
说明：注意用户空间当然可以使用高端内存，而且是正常的使用，内核在分配那些不经常使用的内存时，都用高端内存空间(如果有！！！)，所谓不经常使用是相对来说的，比如内核的一些数据结构就属于经常使用的，而用户的一些数据就属于不经常使用的。用户在启动一个应用程序时，是需要内存的，而每个应用程序都有3G的线性地址，给这些地址映射页表时就可以直接使用高端内存。
而且还要纠正一点的是：那128M线性地址不仅仅是用在这些地方的，如果你要加载一个设备，而这个设备需要映射其内存到内核中，它也需要使用这段线性地址（128MB线性地址空间！！！）空间来完成，否则内核就不能访问设备上的内存空间了.
总之，内核的高端线性地址是为了访问内核固定映射以外的内存资源（固定映射以外的！！！）。进程在使用内存时，触发缺页异常，具体将哪些物理页映射给用户进程是内核考虑的事情.在用户空间中没有高端内存这个概念.
2 kmallc & kfree分配释放连续的物理内存
kmalloc和kzalloc
kmalloc函数与用户空间的malloc一族函数非常类似,只不过它多了一个flags参数,kmalloc函数是一个简单的接口, 用它可以获取以字节为单位的一块内核内存（不是页分配接口！！！）.
如果你需要整个页, 那么前面讨论的页分配接口是更好的选择.但是,对大多数内核分配来说,kmalloc接口用的更多, 同时内核也提供了kzalloc。该接口在kmalloc的基础上会将分配的内存清0. 他们定义在tools/virtio/linux/kernel.h?v=4.7, line 46
这两个函数返回一个指向内存块的指针,其内存块至少要有size大小.所分配的内存区在物理上是连续的. 在出错时, 它返回NULL.除非没有足够的内存可用,否则内核总能分配成功.在对kmalloc调用之后,你必须检查返回的是不是NULL, 如果是, 要适当处理错误.
kfree释放内存
kmalloc的另一端就是kfree, 用于释放分配的内存, kfree声明与
3 分配掩码(gfp_mask标志)
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