linux内核中的kmalloc()功能

Question

我确实通过 LDD 书了解到使用 kmalloc 我们可以从高内存中分配。我在这里有一个基本问题。 1）但据我所知，我们不能直接从内核访问高内存（除非它通过kmap（）映射到内核空间）。而且我没有看到为 kmalloc() 保留的任何映射区域，但是对于 vmalloc() 它存在。那么，如果从高内存分配 kmalloc() 将映射到内核地址的哪一部分？

这是x86架构，32位系统。

Answer 1

我的知识可能已经过时了，但堆栈是这样的：

kmalloc 通过调用get_free_pages 分配物理上连续的内存（这是首字母缩写词GFP 的意思）。传递给kmalloc 的GFP_* 标志最终在get_free_pages 中，这是页面分配器。

由于 highmem 页面需要特殊处理，除非您在请求中添加 GFP_HIGHMEM 标志，否则您将无法获取它们。

Linux 中的所有内存都是虚拟的（这种概括并不完全正确，它依赖于体系结构，但让我们继续下去，直到本段中的下一个括号声明）。然而，在页面重映射的意义上，有一个内存范围不受虚拟化的影响：它只是虚拟地址和物理地址之间的线性映射。 get_free_pages分配的内存是线性映射的，除了高端内存。 （在某些架构上，不使用 MMU 就支持内存范围的线性映射：这只是逻辑地址到物理地址的简单算术转换：添加位移。在其他架构上，线性映射是使用 MMU 完成的。）

无论如何，如果您调用get_free_pages（直接或通过kmalloc）分配两个或更多页面，它必须找到物理上连续的页面。

现在虚拟内存也是在get_free_pages 之上实现的，因为我们可以获取以这种方式分配的页面，并将其安装到虚拟地址空间中。

这就是mmap 的工作方式以及用户空间的其他一切。当一块虚拟内存被提交时（由物理页面支持，在页面错误或其他情况下），页面来自get_free_pages。除非该页面是 highmem，否则它具有线性映射，因此它在内核中可见。此外，它被连接到发出请求的虚拟地址空间。一些内核数据结构会跟踪这一点，当然它会被打入页表中，以便 MMU 实现。

vmalloc 原则上与mmap 相似，但要简单得多，因为它不处理多个后端（文件系统中具有mmap 虚函数的设备）并且不处理诸如合并和mmap 允许的映射拆分。 vmalloc 区域由保留的虚拟地址范围组成，仅对内核可见（其基地址和体系结构相关，您可以在内核编译时进行调整）。 vmalloc 分配器划分出这个虚拟空间，并用来自get_free_pages 的页面填充它。这些不需要是连续的，因此可以一次获取一个，并连接到分配的虚拟空间中。

Highmem 页面是在表示物理内存的内核线性映射中不可寻址的物理内存。 Highmem 的存在是因为内核在物理内存上的线性“窗口”并不总是足够大以覆盖所有内存。 （例如，假设您有一个 1GB 的窗口，但有 4GB 的 RAM。）因此，为了覆盖所有内存，除了线性映射之外，还有一些较小的“非线性”映射，它们可以选择性地显示在使用kmap 和kunmap 的临时基础。将页面放置到此视图中被视为获取了宝贵的资源，必须谨慎使用并尽快释放。

highmem 页面可以像任何其他页面一样安装到虚拟内存映射中，并且该页面视图不需要特殊的“highmem”处理。任何映射：进程的映射，或 vmalloc 范围。

如果您正在处理一些可能是 highmem 和 non-highmem 页面混合的虚拟内存，您必须通过内核的线性空间查看这些虚拟内存，您必须准备好使用映射函数。