vmalloc和kmalloc有什么区别？

Question

我已经四处搜索，发现大多数人都主张使用kmalloc，因为您可以保证获得连续的物理内存块。但是，如果找不到您想要的连续物理块，kmalloc似乎也会失败。
拥有一块连续的内存块有什么好处？具体来说，为什么我需要在系统调用中拥有连续的物理内存块？有什么理由我不能只使用vmalloc吗？ 最后，如果我在处理系统调用期间分配内存，我应该指定GFP_ATOMIC吗？系统调用是在原​​子上下文中执行的吗？

  

GFP_ATOMIC
  分配是高优先级的   不睡觉这是标志   用于中断处理程序，底部   你和你的一半和其他情况   无法入睡。

     

GFP_KERNEL   这是正常分配，可能会阻止。这是要使用的标志   在进程上下文代码中，可以安全地睡觉。

Answer 1

如果物理地址总线（如PCI）上的DMA设备访问缓冲区，则只需要担心使用物理上连续的内存。问题是许多系统调用无法知道它们的缓冲区是否最终会传递给DMA设备：一旦将缓冲区传递给另一个内核子系统，您实际上无法知道它将要去哪里。即使内核今天不使用DMA 的缓冲区，未来的开发可能会这样做。

vmalloc通常比kmalloc慢，因为它可能必须将缓冲区空间重新映射到几乎连续的范围内。 kmalloc永远不会重新映射，但如果没有使用GFP_ATOMIC调用kmalloc就可以阻止。

kmalloc的缓冲区大小有限：128 KBytes ^*）。如果你需要一个非常大的缓冲区，你必须使用vmalloc或其他一些机制，比如在启动时保留高内存。

  

^*） 以前的内核都是如此。在最近的内核上（我在2.6.33.2上对此进行了测试），单个kmalloc的最大大小最多为4 MB！ （我写了一篇相当detailed post on this。） - kaiwan

对于系统调用，您不需要将GFP_ATOMIC传递给kmalloc（），您可以使用GFP_KERNEL。您不是中断处理程序：应用程序代码通过陷阱进入内核上下文，它不是中断。

Answer 2

简短回答：下载Linux Device Drivers并阅读有关内存管理的章节。

说真的，你需要了解很多与内核内存管理相关的细微问题 - 我花了很多时间来调试它的问题。

vmalloc（）很少使用，因为内核很少使用虚拟内存。 kmalloc（）是通常使用的，但你必须知道不同标志的结果是什么，你需要一个策略来处理失败时发生的事情 - 特别是如果你在中断处理程序中，就像你建议的那样。

Answer 3

Robert Love的Linux内核开发（第12章，第244页，第3版）非常清楚地回答了这个问题。

是的，在许多情况下不需要物理上连续的内存。在内核中使用kmalloc比vmalloc更多的主要原因是性能。本书解释说，当使用vmalloc分配大内存块时，内核必须将物理上非连续的块（页面）映射到单个连续的虚拟内存区域。由于存储器实际上是连续的并且物理上是非连续的，因此必须将几个虚拟到物理地址映射添加到页表中。在最坏的情况下，会有（缓冲区/页面大小的大小）添加到页表的映射数。

这也会在访问此缓冲区时增加TLB（存储最近虚拟到物理地址映射的缓存条目）的压力。这可能会导致thrashing。

Answer 4

kmalloc()＆amp; vmalloc()函数是一个简单的接口，用于以字节大小的块获取内核内存。

1. kmalloc()函数可确保页面在物理上连续（并且几乎是连续的）。

2. vmalloc()函数的工作方式与kmalloc()类似，不同之处在于它分配的内存几乎是连续的，不一定是物理上连续的。

Answer 5

拥有一块连续的内存块有什么好处？具体来说，为什么我需要在系统调用中拥有连续的物理内存块？有什么理由我不能只使用vmalloc吗？

来自Google vmalloc上的“我感觉很幸运”：

kmalloc是首选方式，只要您不需要非常大的区域。麻烦的是，如果你想从/向某些硬件设备做DMA，你需要使用kmalloc，你可能需要更大的块。解决方案是尽快分配内存 记忆变得支离破碎。

Answer 6

在32位系统上，kmalloc（）返回内核逻辑地址（虽然它是一个虚拟地址），它具有直接映射（实际上具有常量偏移）到物理地址。 这种直接映射确保我们获得连续的物理RAM块。适合DMA，我们只提供初始指针，并期望在此后进行连续的物理映射。

vmalloc（）返回内核虚拟地址，而后者可能没有物理RAM上的连续映射。 对于大内存分配很有用，在我们不关心分配给我们进程的内存在物理RAM中也是连续的情况下。

Answer 7

其他一个区别是kmalloc将返回逻辑地址（否则您指定GPF_HIGHMEM）。逻辑地址放在“低内存”（物理内存的第一千兆字节）中，并直接映射到物理地址（使用__pa宏进行转换）。此属性意味着kmalloced内存是连续内存。

另一方面，Vmalloc能够从“高内存”返回虚拟地址。这些地址无法以直接方式在物理地址中转换（您必须使用virt_to_page函数）。

Answer 8

简而言之，vmalloc和kmalloc都可以修复碎片。 vmalloc使用内存映射来修复外部碎片； kmalloc使用slab修复内部碎片。值得一提的是，kmalloc还具有许多其他优点。