Linux内核中申请内存( kmalloc，kzalloc，vmalloc)几种方式的区别

在内核中申请内存和在用户空间中申请内存不同，有以下因素引起了复杂性，包括：

1. 内核的虚拟和物理地址被限制到 1GB。
2. 内核的内存不能 pageable。
3. 内核通常需要 连续的物理地址 。
4. 通常内核申请内存是 不能睡眠。
5. 内核中的错误比其他地方的错误有更多的代价。

内核中的内存申请有一些简单的规则：

1. 判断申请内存的时候可否睡眠，也就是调用kmalloc的时候能否被阻塞。如果在一个中断处理函数中（即在中断处理的下半部分），或者有一个锁的时候，就不能被阻塞。如果在一个进程上下文，也没有锁，则一般可以睡眠。
2. 如果可以睡眠，指定 GFP_KERNEL。
3. 如果不能睡眠，就指定 GFP_ATOMIC。
4. 如果需要 DMA 可以访问的内存，比如ISA或者有些PCI设备，就需要指定 GFP_DMA。
5. 需要对返回值检查 NULL。
6. 为了没有内存泄漏，需要用完后释放内存，且最好不要在死循环中开辟内存。

在linux用户空间动态申请内存时是用 malloc() 函数，对应的释放函数是 free() 。而在内核空间中

申请内存，一般会用到 kmalloc()、kzalloc()、vmalloc() 这三个函数 以及 __get_free_pages() 这个

函数，以下是这些函数的使用及它们之间的区别。

• kmalloc（）

函数原型：
void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags)

（重点☆）kmalloc() 申请的内存位于物理内存映射区域（即虚拟内存地址）。但是在物理上它是

连续的，它们与真实的物理地址只有一个固定的偏移，因为存在较简单的转换关系，所以对申请的

内存大小有限制，不能超过128KB。

常见的flags参数有（分配内存的方法）：

GFP_ATOMIC —— 分配内存的过程是一个原子过程，分配内存的过程不会被（高优先级进程或中断）打断；
GFP_KERNEL —— 正常分配内存；
GFP_DMA —— 给 DMA 控制器分配内存，需要使用该标志（DMA要求分配虚拟地址和物理地址连续）。

[ flags 的参考用法 ]
　|– 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_ATOM

对应的内存释放函数：

函数原型：
void kfree(const void *objp)

示例如下：

static int xxxx_fun_xxx(void)
{
	char *buff;
	int ret;

	buff = kmalloc(1024, GFP_KERNEL);
	if (!buff)
		return -ENOMEM;

    ......    // 业务代码

	kfree(buff);
	return ret;
}

• kzalloc（）

        kzalloc() 函数与 kmalloc() 非常相似，参数及返回值是一样的，可以说是前者是后者的一个变

种，因为 kzalloc() 实际上只是额外附加了 __GFP_ZERO 标志。所以它除了申请内核内存外，还

会对申请到的内存内容清零。

函数原型如下：
void *kzalloc(size_t size, gfp_t flags)
{   
    return kmalloc(size, flags | __GFP_ZERO);
}

        kzalloc() 对应的内存释放函数也是： kfree（）

        kzalloc()函数一般用在Linux驱动代码中的 probe 函数中芯片驱动的内存开辟操作。

示例如下：

static int xxx_fun_xxx_probe(xxx, xxx)
{
	char *buf;
    ...... // 业务代码

	buf= kzalloc(sizeof(struct xxx), GFP_KERNEL);
	if (!buf)
		return -ENOMEM;

    ...... // 业务代码

    kfree(buf);
	return 0;
}

• vmalloc（）

（重点☆）vmalloc() 函数则会在 虚拟内存空间 给出一块连续的内存区，但这片连续的虚拟内存在

物理内存中并不一定连续。由于 vmalloc() 没有保证申请到的是连续的物理内存，因此对申请的内

存大小没有限制，如果需要申请较大的内存空间就需要用此函数了。

函数原型如下：
void *vmalloc(unsigned long size)

对应的内存释放函数如下：
void vfree(const void *addr)

注意：vmalloc() 和 vfree() 可以睡眠，因此不能从中断上下文调用。

示例如下：

static int xxxx_fun_xxx(void)
{
	char *buff;
	int ret;

	buff = vmalloc(sizeof(struct xxx));
	if (!buff)
		return -ENOMEM;

    ......    // 业务代码

	kfree(buff);
	return ret;
}

• 总结

共同点：

1. 都是用于内核空间申请内存。
2. 都是以字节为单位进行分配。
3. 所分配的内存，在虚拟地址上连续。

区别：

1. kzalloc 是强制清零的 kmalloc 操作。
2. kmalloc 和 kzalloc 分配的内存大小有限制（128KB），而 vmalloc 没有限制。
3. kmalloc 和 kzalloc 可以保证分配的内存在物理地址是连续的，但是 vmalloc 不能保证。
4. kmalloc 和 kzalloc分配内存的过程可以是原子过程（使用 GFP_ATOMIC），而 vmalloc 分配内存时则可能产生阻塞。
5. kmalloc 和 kzalloc分配内存的开销小，因此 kmalloc 和 kzalloc 比 vmalloc 要快。

        一般情况下，内存只有在要被 DMA 访问的时候才需要物理上连续，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。