malloc kmalloc vmalloc

1. 简单的说：

kmalloc和vmalloc是分配的是内核的内存,malloc分配的是用户的内存
kmalloc保证分配的内存在物理上是连续的,vmalloc保证的是在虚拟地址空间上的连续,malloc不保证任何东西(这点是自己猜测的,不一定正确)
kmalloc能分配的大小有限,vmalloc和malloc能分配的大小相对较大
内存只有在要被DMA访问的时候才需要物理上连续

vmalloc比kmalloc要慢

2. 详细的解释：

对于提供了MMU（存储管理器，辅助操作系统进行内存管理，提供虚实地址转换等硬件支持）的处理器而言，Linux提供了复杂的存储管理系统，使得进程所能访问的内存达到4GB。 

       进程的4GB内存空间被人为的分为两个部分--用户空间与内核空间。用户空间地址分布从0到3GB(PAGE_OFFSET，在0x86中它等于0xC0000000)，3GB到4GB为内核空间。      内核空间中，从3G到vmalloc_start这段地址是物理内存映射区域（该区域中包含了内核镜像、物理页框表mem_map等等），比如我们使用 的 VMware虚拟系统内存是160M，那么3G～3G+160M这片内存就应该映射物理内存。在物理内存映射区之后，就是vmalloc区域。对于 160M的系统而言，vmalloc_start位置应在3G+160M附近（在物理内存映射区与vmalloc_start期间还存在一个8M的gap 来防止跃界），vmalloc_end的位置接近4G(最后位置系统会保留一片128k大小的区域用于专用页面映射) kmalloc和get_free_page申请的内存位于物理内存映射区域，而且在物理上也是连续的，它们与真实的物理地址只有一个固定的偏移，因此存在较简单的转换关系，virt_to_phys()可以实现内核虚拟地址转化为物理地址：

    #define __pa(x) ((unsigned long)(x)-PAGE_OFFSET)
   extern inline unsigned long virt_to_phys(volatile void * address)
   {
       　return __pa(address);
   }
上面转换过程是将虚拟地址减去3G（PAGE_OFFSET=0XC000000）。
与之对应的函数为phys_to_virt()，将内核物理地址转化为虚拟地址：
   #define __va(x) ((void *)((unsigned long)(x)+PAGE_OFFSET))
   extern inline void * phys_to_virt(unsigned long address)
   {
       　return __va(address);
   }
virt_to_phys()和phys_to_virt()都定义在include/asm-i386/io.h中。


而vmalloc申请的内存则位于vmalloc_start～vmalloc_end之间，与物理地址没有简单的转换关系，虽然在逻辑上它们也是连续的，但是在物理上它们不要求连续。

我们用下面的程序来演示kmalloc、get_free_page和vmalloc的区别：
#include
#include
#include
MODULE_LICENSE("GPL");
unsigned char *pagemem;
unsigned char *kmallocmem;
unsigned char *vmallocmem;


int __init mem_module_init(void)
{
    //最好每次内存申请都检查申请是否成功
//下面这段仅仅作为演示的代码没有检查
pagemem = (unsigned char*)get_free_page(0);
printk("<1>pagemem addr=%x", pagemem);


kmallocmem = (unsigned char*)kmalloc(100, 0);
printk("<1>kmallocmem addr=%x", kmallocmem);


vmallocmem = (unsigned char*)vmalloc(1000000);
printk("<1>vmallocmem addr=%x", vmallocmem);


return 0;
}


void __exit mem_module_exit(void)
{
free_page(pagemem);
kfree(kmallocmem);
vfree(vmallocmem);
}


module_init(mem_module_init);
module_exit(mem_module_exit);

我们的系统上有160MB的内存空间，运行一次上述程序，发现pagemem的地址在0xc7997000（约3G+121M）、kmallocmem 地址在0xc9bc1380（约3G+155M）、vmallocmem的地址在0xcabeb000（约3G+171M）处，符合前文所述的内存布局。

3. usermanual

        kmalloc()用于申请较小的、连续的物理内存
 . 以字节为单位进行分配，在中
 . void *kmalloc(size_t size, int flags) 分配的内存物理地址上连续，虚拟地址上自然连续
 . gfp_mask标志：什么时候使用哪种标志？如下：
———————————————————————————————-
情形                          相应标志
———————————————————————————————-
进程上下文，可以睡眠         GFP_KERNEL
进程上下文，不可以睡眠         GFP_ATOMIC
中断处理程序                   GFP_ATOMIC
软中断                         GFP_ATOMIC
Tasklet                       GFP_ATOMIC
用于DMA的内存，可以睡眠       GFP_DMA | GFP_KERNEL
用于DMA的内存，不可以睡眠     GFP_DMA | GFP_ATOMIC
———————————————————————————————-
 . void kfree(const void *ptr)
释放由kmalloc()分配出来的内存块


vmalloc()
用于申请较大的内存空间，虚拟内存是连续的
 . 以字节为单位进行分配，在中
 . void *vmalloc(unsigned long size) 分配的内存虚拟地址上连续，物理地址不连续
 . 一般情况下，只有硬件设备才需要物理地址连续的内存，因为硬件设备往往存在于MMU之外，根本不了解虚拟地址；但为了性能上的考虑，内核中一般使用 kmalloc()，而只有在需要获得


大块内存时才使用vmalloc()，例如当模块被动态加载到内核当中时，就把模块装载到由vmalloc()分配 的内存上。
 .void vfree(void *addr)，这个函数可以睡眠，因此不能从中断上下文调用。