Linux驱动开发6——DDR内存分配

1、kmalloc和kfree

#include <linux/slab.h>

void *kmalloc(size_t size, int flags);
flag:
GFP_ATOMIC - 用来从中断处理和进程上下文之外的其他代码中分配内存，从不睡眠
GFP_KERNEL - 内核内存的正常分配，可以睡眠，物理地址上连续，内部调用__get_free_pages
GFP_USER - 用来为用户空间页分配内存，可以睡眠
GFP_HIGHUSER - 通GFP_USER，但是从高端内存分配

void kfree(const void *objp);

2、后备缓存

Linux内核提供了后备缓存机制，用来创建一组相同大小对象的内存池，应用在反复分配许多相同大小内存的场景，如USB和SCSI驱动等。Linux内核的缓存管理者为——slab分配器。

#include <linux/slab.h>

创建一个新的，可以驻留任意数目全部同样大小的后备缓存对象
kmem_cache_t *kmem_cache_create(
    const char *name,
    size_t size,
    size_t offset,
    unsigned long flags,
    void (*constructor)(void *, kmem_cache_t *, unsigned long flags),
    void (*destructor)(void *, kmem_cache_t *, unsigned long flags)
);

name:名称
size:每一个后备缓存的大小
offset: 页内的第一个对象的偏移
flags:
SLAB_NO_REAP - 保护缓存在系统查找内存时被削减
SLAB_HWCACHE_ALIGN - 对齐
SLAB_CACHE_DMA - 在DMA内存区分配内存
constructor - 构造函数
deconstructor - 析构函数

一旦一个对象的缓存被创建，可以通过kmem_cache_alloc从它分配对象
void *kmem_cache_alloc(kmem_cache_t *cache, int flag);

释放对象
void kmem_cache_free(kmem_cache_t *cache, const void *obj);

卸载对象
int kmem_cache_destroy(kmem_cache_t *cache);

可以通过/proc/slabinfo节点获取后备缓存使用统计

3、内存池

Linux内核创建了一个已知的内存池（mempool）的抽象，它真实地只是一类后备缓存，尽力一直保持一个空闲内存列表给紧急时使用，通常用在不允许内存分配失败的地方。

#include <linux/mempool.h>

mempool_t *mempool_create(
    int min_nr,
    mempool_alloc_t *alloc_fn,
    mempool_free_t *free_fn,
    void *pool_data
);

min_nr: 内存池应当一直保留的最小数量的分配对象，实际分配和释放对象由alloc_fn和free_fn处理
alloc_fn：
    typedef void *(mempool_alloc_t)(int gfp_mask, void *pool_data);
    通常使用mempool_alloc_slab分配对象
free_fn:
    typedef void (mempool_free_t)(void *element, void *pool_data);
    通常使用mempool_free_slab释放对象
pool_data: 传递给alloc_fn和free_fn

void *mempool_alloc(mempool_t *pool, int gfp_mask);
void *mempool_free(void *element, mempool_t *pool);

int mempool_resize(mempool_t *pool, int new_min_nr, int gfp_mask);

void mempool_destroy(mempool_t *pool);

4、get_free_page

分配页
get_zeroed_page(unsigned int flags);
__get_free_page(unsigned int flags);
__get_free_pages(unsigned int flags, unsigned int order);

释放页
void free_page(unsigned long addr);
void free_pages(unsigned long addr, unsigned long order);

5、alloc_pages

Linux页分配器的真正核心是alloc_pages_node函数

struct page *alloc_pages_node(int nid, unsigned int flags, unsigned int order);

变种函数：
struct page *alloc_page(unsigned int flags);
struct page *alloc_pages(unsigned int flags, unsigned int order);

释放页：
void __free_page(struct page *page);
void __free_pages(struct page *page, unsigned int order);

6、vmalloc和vfree

以页为单位的内存分配，在虚拟内存空间分配一块连续的内存区，但是这些页在物理内存中是不连续的。效率比较低，大部分情况下不鼓励使用。

#include <linux/vmalloc.h>

void *vmalloc(unsigned long size);

void vfree(void *addr);