中财网嘉盛铍铜:总结一下 Linux Kernel中内存分配方式
来源：百度文库 编辑：中财网 时间：2024/04/25 11:35:34
上周针对一个内存fragment issue的研究，让我开始重新总结kernel里对内存分配的方式和方法，如有不对请指教：
页分配
unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
直接从buddy系统中获得原始页。最原始的分配方式。
slab分配器
1. 通用 cache
void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags)
kmalloc 基于以下几种size的mem cache：32, 64, 128, 256, 512, 1,024, 2,048, 4,096,
8,192, 16,384, 32,768, 65,536 和 131,072 bytes。其本质也是调用kmem_cache_alloc来分配
object。所以kmalloc一次最大可分配的size为128KB。kmalloc分配速度很快，在分配时需注意gfp flag
参数：在不interrupt上下文（ISR, softirq, tasklet）及不可睡眠上下文使用GFP_ATOMIC。
内核还增加了内存清零的分配函数：kzalloc。
2. 专用 cache
kmem_cache_create()
void *kmem_cache_alloc(struct kmem_cache *cachep, gfp_t flags)
如果你需要频繁的分配和释放某个结构，建议不要采用kmalloc，而是自己在slab系统中创建memory cache。
指定该结构的object size。分配时使用kmem_cache_alloc。同样的slab object大小也有限制，一般情况
下一个MAX_OBJ_ORDER是5，也就是32个页，128KB。
非连续内存分配
void *vmalloc(unsigned long size)
超过128KB的内存显然不能使用slab分配，并且当申请的连续内存大小不能在buddy系统中得到满足，那么
就需要使用vmalloc。vmalloc为了把物理的非连续页一个个映射，从而导致比直接内存映射大的多的
后援缓冲区抖动。除非需要特别大的内存，否则尽量不要使用vmalloc。
基于DMA 分配
void * dma_alloc_coherent(struct device *dev, size_t size, dma_addr_t *handle, gfp_t gfp)
在某些arch中，可以使用dma_alloc_coherent来分配DMA专用内存。列入在arch/arm/mm/consistent.c
中，该函数先分配最小可满足size的2^order内存，然后释放2^order-size多余的页给buddy。而arch/i386/
kernel/pci-dma.c中，则直接分配2^order块内存。
直接映射分配
ioremap(unsigned long phys_addr, size_t size)
int remap_pfn_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr,
unsigned long pfn, unsigned long size, pgprot_t prot)
在某些体系结构中，我们可以保留memory map段上的某一个区域，作为dma或其他设备的专有内存。
这段内存并不在kernel buddy的控制之下（没有被放入mem_maps），你也无法从以上几种分配方式中得到
这些内存。这个时候，你可以用ioremap和remap_pfn_range将这段内存直接映射到vm上。
页分配
unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
直接从buddy系统中获得原始页。最原始的分配方式。
slab分配器
1. 通用 cache
void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags)
kmalloc 基于以下几种size的mem cache：32, 64, 128, 256, 512, 1,024, 2,048, 4,096,
8,192, 16,384, 32,768, 65,536 和 131,072 bytes。其本质也是调用kmem_cache_alloc来分配
object。所以kmalloc一次最大可分配的size为128KB。kmalloc分配速度很快，在分配时需注意gfp flag
参数：在不interrupt上下文（ISR, softirq, tasklet）及不可睡眠上下文使用GFP_ATOMIC。
内核还增加了内存清零的分配函数：kzalloc。
2. 专用 cache
kmem_cache_create()
void *kmem_cache_alloc(struct kmem_cache *cachep, gfp_t flags)
如果你需要频繁的分配和释放某个结构，建议不要采用kmalloc，而是自己在slab系统中创建memory cache。
指定该结构的object size。分配时使用kmem_cache_alloc。同样的slab object大小也有限制，一般情况
下一个MAX_OBJ_ORDER是5，也就是32个页，128KB。
非连续内存分配
void *vmalloc(unsigned long size)
超过128KB的内存显然不能使用slab分配，并且当申请的连续内存大小不能在buddy系统中得到满足，那么
就需要使用vmalloc。vmalloc为了把物理的非连续页一个个映射，从而导致比直接内存映射大的多的
后援缓冲区抖动。除非需要特别大的内存，否则尽量不要使用vmalloc。
基于DMA 分配
void * dma_alloc_coherent(struct device *dev, size_t size, dma_addr_t *handle, gfp_t gfp)
在某些arch中，可以使用dma_alloc_coherent来分配DMA专用内存。列入在arch/arm/mm/consistent.c
中，该函数先分配最小可满足size的2^order内存，然后释放2^order-size多余的页给buddy。而arch/i386/
kernel/pci-dma.c中，则直接分配2^order块内存。
直接映射分配
ioremap(unsigned long phys_addr, size_t size)
int remap_pfn_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr,
unsigned long pfn, unsigned long size, pgprot_t prot)
在某些体系结构中，我们可以保留memory map段上的某一个区域，作为dma或其他设备的专有内存。
这段内存并不在kernel buddy的控制之下（没有被放入mem_maps），你也无法从以上几种分配方式中得到
这些内存。这个时候，你可以用ioremap和remap_pfn_range将这段内存直接映射到vm上。
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