linux内核中内存相关的操作函数

1、kmalloc()/kfree()

static __always_inline void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags)

内核空间申请指定大小的内存区域,返回内核空间虚拟地址。在函数实现中,如果申请的内存空间较大的话,会从buddy系统申请若干内存页面,如果申请的内存空间大小较小的话,会从slab系统中申请内存空间。有关buddy和slab,请参见《linux内核之内存管理.doc》

gfp_t flags 的选项较多。参考内核文件gfp.h。

在函数kmalloc()实现中,如果申请的空间较小,会根据申请空间的大小从slab中获取;如果申请的空间较大,如超过一个页面,会直接从buddy系统中获取。

2、vmalloc()/vfree()

void *vmalloc(unsigned long size)

函数作用:从高端(如果存在,优先从高端)申请内存页面,并把申请的内存页面映射到内核的动态映射空间。vmalloc()函数的功能和alloc_pages(_GFP_HIGHMEM)+kmap() 的功能相似,只所以说是相似而不是相同,原因在于用vmalloc()申请的物理内存页面映射到内核的动态映射区(见下图),并且,用vmalloc()申请的页面的物理地址可能是不连续的。而alloc_pages(_GFP_HIGHMEM)+kmap()申请的页面的物理地址是连续的,被映射到内核的KMAP区。

vmalloc分配的地址则限于vmalloc_start与vmalloc_end之间。每一块vmalloc分配的内核虚拟内存都对应一个vm_struct结构体(可别和vm_area_struct搞混,那可是进程虚拟内存区域的结构),不同的内核虚拟地址被4k大小的空闲区间隔,以防止越界——见下图)。与进程虚拟地址的特性一样,这些虚拟地址与物理内存没有简单的位移关系,必须通过内核页表才可转换为物理地址或物理页。它们有可能尚未被映射,在发生缺页时才真正分配物理页面。

如果内存紧张,连续区域无法满足,调用vmalloc分配是必须的,因为它可以将物理不连续的空间组合后分配,所以更能满足分配要求。vmalloc可以映射高端页框,也可以映射底端页框。vmalloc的作用只是为了提供逻辑上连续的地址。。。

注意:在申请页面时,如果注明_GFP_HIGHMEM,即从高端申请。则实际是优先从高端内存申请,顺序为(分配顺序是HIGH, NORMAL, DMA )。

3、alloc_pages()/free_pages()

内核空间申请指定个数的内存页,内存页数必须是2^order个页。

alloc_pages(gfp_mask, order) 中,gfp_mask 是flag标志,其中可以为_ _GFP_DMA、_GFP_HIGHMEM 分别对应DMA和高端内存。

注:该函数基于buddy系统申请内存,申请的内存空间大小为2^order个内存页面。

参见《linux内核之内存管理.doc》

通过函数alloc_pages()申请的内存,需要使用kmap()函数分配内核的虚拟地址。

4、__get_free_pages()/__free_pages()

unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)

作用相当于alloc_pages(NORMAL)+kmap(),但不能申请高端内存页面。

__get_free_page()只申请一个页面。

5、kmap()/kunmap()

返回指定页面对应内核空间的虚拟地址。

#include <linux/highmem.h>

void *kmap(struct page *page);

void kunmap(struct page *page);

kmap 为系统中的任何页返回一个内核虚拟地址.

对于低端内存页,它只返回页的逻辑地址;

对于高端内存页, kmap在“内核永久映射空间”中创建一个特殊的映射. 这样的映射数目是有限, 因此最好不要持有过长的时间.

使用 kmap 创建的映射应当使用 kunmap 来释放;

kmap 调用维护一个计数器, 因此若2个或多个函数都在同一个页上调用kmap也是允许的.

通常情况下,“内核永久映射空间”是 4M 大小,因此仅仅需要一个页表即可,内核通过来 pkmap_page_table 寻找这个页表。

注意:不用时及时释放。

kmalloc()和vmalloc()相比,kmalloc()总是从ZONE_NORMAL(下图中的直接映射区)申请内存。kmalloc()分配的内存空间通常用于linux内核的系统数据结构和链表。因内核需要经常访问其数据结构和链表,使用固定映射的ZONE_NORMAL空间的内存有利于提高效率。

使用vmalloc()可以申请非连续的物理内存页,并组成虚拟连续内存空间。vmalloc()优先从高端内存(下图中的动态映射区)申请。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。

alloc_pages(_GFP_HIGHMEM)+kmap() 方式申请的内存使用内核永久映射空间(下图中的KMAP区),空间较小(通常4M线性空间),不用时需要及时释放。另外,可以指定alloc_pages()从直接映射区申请内存,需要使用_GFP_NORMAL属性指定。

__get_free_pages()/__free_pages()
不能申请高端内存页面,操作区域和kmalloc()相同(下图中的动态映射区)。

6、virt_to_page()

其作用是由内核空间的虚拟地址得到页结构。见下面的宏定义。

#define virt_to_pfn(kaddr)    (__pa(kaddr) >> PAGE_SHIFT)

#define pfn_to_virt(pfn)       __va((pfn) << PAGE_SHIFT)

#define virt_to_page(addr)    pfn_to_page(virt_to_pfn(addr))

#define page_to_virt(page)    pfn_to_virt(page_to_pfn(page))

#define __pfn_to_page(pfn)  (mem_map + ((pfn) - ARCH_PFN_OFFSET))

#define __page_to_pfn(page) ((unsigned long)((page) - mem_map) + ARCH_PFN_OFFSET)

7、物理地址和虚拟地址之间转换

#ifdef CONFIG_BOOKE

#define __va(x) ((void *)(unsigned
long)((phys_addr_t)(x) + VIRT_PHYS_OFFSET))

#define __pa(x) ((unsigned long)(x) -
VIRT_PHYS_OFFSET)

#else

#define __va(x) ((void *)(unsigned
long)((phys_addr_t)(x) + PAGE_OFFSET - MEMORY_START))

#define __pa(x) ((unsigned long)(x) -
PAGE_OFFSET + MEMORY_START)

#endif

8、ioremap()/iounmap()

ioremap()的作用是把device寄存器和内存的物理地址区域映射到内核虚拟区域,返回值为内核的虚拟地址。

注明:在内核中操作内存空间时使用的都是内核虚拟地址,必须把device的空间映射到内核虚拟空间。

#include <asm/io.h>

void *ioremap(unsigned long phys_addr,
unsigned long size);

void *ioremap_nocache(unsigned long
phys_addr, unsigned long size);  映射非cache的io内存区域

void iounmap(void * addr);

为了增加可移植性,最好使用下面的接口函数读写io内存区域,

unsigned int ioread8(void *addr);

unsigned int ioread16(void *addr);

unsigned int ioread32(void *addr);

void iowrite8(u8 value, void *addr);

void iowrite16(u16 value, void *addr);

void iowrite32(u32 value, void *addr);

如果你必须读和写一系列值到一个给定的 I/O 内存地址, 你可以使用这些函数的重复版本:

void ioread8_rep(void *addr, void *buf,
unsigned long count);

void ioread16_rep(void *addr, void *buf,
unsigned long count);

void ioread32_rep(void *addr, void *buf,
unsigned long count);

void iowrite8_rep(void *addr, const void
*buf, unsigned long count);

void iowrite16_rep(void *addr, const void
*buf, unsigned long count);

void iowrite32_rep(void *addr, const void
*buf, unsigned long count);

这些函数读或写 count 值从给定的 buf 到 给定的 addr. 注意 count 表达为在被写入的数据大小; ioread32_rep 读取 count 32-位值从 buf 开始.

9、request_mem_region()

本函数的作用是:外设的io端口映射到io memory region中。在本函数实现中会检查输入到本函数的参数所描述的空间(下面成为本io空间)是否和io memory region中已存在的空间冲突等,并设置本io空间的parent字段等(把本io空间插入到io 空间树种)。

注明:io
memory region 空间中是以树形结构组织的,默认的根为iomem_resource描述的io空间,其name为"PCI mem"。

request_mem_region(start,n,name) 输入的参数依次是设备的物理地址,字节长度,设备名字。函数返回类型如下

struct resource {

resource_size_t
start;

resource_size_t
end;

const
char *name;

unsigned
long flags;

struct
resource *parent, *sibling, *child;

};

10、SetPageReserved()

随着linux的长时间运行,空闲页面会越来越少,为了防止linux内核进入请求页面的僵局中,Linux内核采用页面回收算法(PFRA)从用户进程和内核高速缓存中回收内存页框,并根据需要把要回收页框的内容交换到磁盘上的交换区。调用该函数可以使页面不被交换。

#define SetPageReserved(page)   
            set_bit(PG_reserved,
&(page)->flags)

PG_reserved 的标志说明如下。

* PG_reserved is set for special pages,
which can never be swapped out. Some

* of them might not even exist (eg
empty_bad_page)...

可参考下面的文章

http://blog.csdn.net/bullbat/article/details/7311205

http://blog.csdn.net/cxylaf/article/details/1626534

11、do_mmap()/do_ummap()

内核使用do_mmap()函数为进程创建一个新的线性地址区间。但是说该函数创建了一个新VMA并不非常准确,因为如果创建的地址区间和一个已经存在的地址区间相邻,并且它们具有相同的访问权限的话,那么两个区间将合并为一个。如果不能合并,那么就确实需要创建一个新的VMA了。但无论哪种情况,
do_mmap()函数都会将一个地址区间加入到进程的地址空间中--无论是扩展已存在的内存区域还是创建一个新的区域。

同样,释放一个内存区域应使用函数do_ummap(),它会销毁对应的内存区域。

12、get_user_pages()

作用是在内核空间获取用户空间内存的page 描述,之后可以通过函数kmap() 获取page 对应到内核的虚拟地址。

int get_user_pages(struct task_struct *tsk,
struct mm_struct *mm,
unsigned long start, int len, int write, int force,
struct page **pages, struct vm_area_struct **vmas)

参数说明

参数tsk:指示用户空间对应进程的task_struct数据结构。只是为了记录错误信息用,该参数可以为空。

参数mm:从该mm struct中获取start 指示的若干页面。

参数start:参数mm空间的起始地址,即用户空间的虚拟地址。

参数len:需要映射的页数。

参数write:可以写标志。

参数force:强制可以写标志。

参数pages:输出的页数据结构。

参数vmas:对应的需要存储区,(没有看明白对应的代码)

返回值:数返回实际获取的页数,貌似对每个实际获取的页都是给页计数值增1,如果实际获取的页不等于请求的页,要放弃操作则必须对已获取的页计数值减1。

13、copy_from_user()和copy_to_user()

主要应用于设备驱动中读写函数中,通过系统调用触发,在当前进程上下文内核态运行(即当前进程通过系统调用触发)。

copy_from_user的目的是防止用户程序欺骗内核,将一个非法的地址传进去,如果没有它,这一非法地址就检测不到,内和就会访问这个地址指向的数据。因为在内核中访问任何地址都没有保护,如果不幸访问一个错误的内存地址会搞死内核或发生更严重的问题

copy_from_user调用了access_ok,所以才有“自己判断功能“

access_ok(),可以检查访问的空间是否合法。

注意:中断代码时不能用copy_from_user,因为其调用了might_sleep()函数,会导致睡眠。

unsigned long copy_to_user(void __user *to,
const void *from, unsigned long n)

通常用在设备读函数或ioctl 中获取参数的函数中:其中“to”是用户空间的buffer地址,在本函数中将内核buffer“from”除的n个字节拷贝到用户空间的“to”buffer。

unsigned long copy_from_user(void *to,
const void __user *from, unsigned long n)

通常用在设备写函数或ioctl中设置参数的函数中:“to”是内核空间的buffer指针,要写入的buffer;“from”是用户空间的指针,数据源buffer。

14、get_user(x, ptr)

本函数的作用是获取用户空间指定地址的数值并保存到内核变量x中,ptr为用户空间的地址。用法举例如下。

get_user(val, (int __user *)arg)

注明:函数用户进程上下文内核态,即通常在系统调用函数中使用该函数。

15、put_user(x, ptr)

本函数的作用是将内核空间的变量x的数值保存到用户空间指定地址处,prt为用户空间地址。用法举例如下。

put_user(val, (int __user *)arg)

注明:函数用户进程上下文内核态,即通常在系统调用函数中使用该函数。

(笔记)Linux内核中内存相关的操作函数的更多相关文章

  1. Linux内核中内存cache的实现【转】

    Linux内核中内存cache的实现 转自:http://blog.chinaunix.net/uid-127037-id-2919545.html   本文档的Copyleft归yfydz所有,使用 ...

  2. linux内核中的排序接口--sort函数

    linux内核中的sort函数,其实跟我们所说的qsort函数很像,我们来看看qsort: qsort 的函数原型是 void qsort(void*base,size_t num,size_t wi ...

  3. (笔记)Linux内核中ioremap映射的透彻理解

    几乎每一种外设都是通过读写设备上的寄存器来进行的,通常包括控制寄存器.状态寄存器和数据寄存器三大类,外设的寄存器通常被连续地编址.根据CPU体系结构的不同,CPU对IO端口的编址方式有两种: (1)I ...

  4. 【转】linux内核中writesb(), writesw(), writesl() 宏函数

    writesb(), writesw(), writesl() 宏函数 功能 : writesb()    I/O 上写入 8 位数据流数据 (1字节) writesw()   I/O  上写入 16 ...

  5. linux内核申请内存函数

    kmap函数:    把某块高端内存映射到页表,然后返回给用户一个填好vitual字段的page结构    建立永久地址映射,不是简单的返回virtual字段的pageioremap:    驱动程序 ...

  6. KSM剖析——Linux 内核中的内存去耦合

    简介: 作为一个系统管理程序(hypervisor),Linux® 有几个创新,2.6.32 内核中一个有趣的变化是 KSM(Kernel Samepage Merging)  允许这个系统管理程序通 ...

  7. Linux内核中锁机制之内存屏障、读写自旋锁及顺序锁

    在上一篇博文中笔者讨论了关于原子操作和自旋锁的相关内容,本篇博文将继续锁机制的讨论,包括内存屏障.读写自旋锁以及顺序锁的相关内容.下面首先讨论内存屏障的相关内容. 三.内存屏障 不知读者是是否记得在笔 ...

  8. 大话Linux内核中锁机制之内存屏障、读写自旋锁及顺序锁

    大话Linux内核中锁机制之内存屏障.读写自旋锁及顺序锁 在上一篇博文中笔者讨论了关于原子操作和自旋锁的相关内容,本篇博文将继续锁机制的讨论,包括内存屏障.读写自旋锁以及顺序锁的相关内容.下面首先讨论 ...

  9. Linux内核中常见内存分配函数(二)

    常用内存分配函数 __get_free_pages unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order) __get_f ...

随机推荐

  1. CNN卷积可视化与反卷积

    1.<Visualizing and Understanding Convolutional Networks> 2.<Adaptive deconvolutional networ ...

  2. [Windows Azure] What is a Storage Account?

    What is a Storage Account? A storage account gives your applications access to Windows Azure Blob, T ...

  3. Python+SparkStreaming+kafka+写入本地文件案例(可执行)

    从kafka中读取指定的topic,根据中间内容的不同,写入不同的文件中. 文件按照日期区分. #!/usr/bin/env python # -*- coding: utf-8 -*- # @Tim ...

  4. WideCharToMultiByte和MultiByteToWideChar函数的用法(转)

    转自:http://www.cnblogs.com/gakusei/articles/1585211.html 为了支持Unicode编码,需要多字节与宽字节之间的相互转换.这两个系统函数在使用时需要 ...

  5. 【C++程序员学 python】python 的文件类型

    python的文件类型主要分为3种,分别是源代码.字节代码和优化代码.这些代码都可以直接运行,不需要进行编译或者连接.这正是python语言的特性,python的文件通过python.exe 或pyt ...

  6. LR中,URL -based script与HTML -based script区别

    在Web(HTTP/HTML)录制中,有2种重要的录制模式.用户该选择那种录制模式呢?HTML-mode录制是缺省也是推荐的录制模式.它录制当前网页中的HTML动作.在录制会话过程中不会录制所有的资源 ...

  7. [转]ORA-01555错误总结(一)

    原文地址:http://blog.csdn.net/sh231708/article/details/52935695 这篇文章算是undo相关问题总结的补充,因为ORA-01555错误与undo有着 ...

  8. Deepin Linux已经做得相当不错了

    很庆幸,用了MacBook Pro三四年后,还会想要用Linux做桌面,一方面说明自己还是年轻的,保持着愿意折腾的心态:另一方面,也确实发现macOS的桌面环境并不如传说中的稳定和好用. Deepin ...

  9. Android——indexof()

    Java中字符串中子串的查找共有四种方法(indexof()) Java中字符串中子串的查找共有四种方法,如下:1.int indexOf(String str) :返回第一次出现的指定子字符串在此字 ...

  10. windows 下 MySql5.6主从复制

    说明: 1.MySql 版本5.6 2.本例中使用的主从服务器ip分别为:192.168.120.211:192.168.120.209 一.配置master服务器 1.配置 在my.ini中[mys ...