vmalloc()

内核笔记
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kmalloc()、vmalloc()和malloc()这3个常用的接口函数非常重要，三者看上去很相似，但在实现上大有讲究。kmalloc()基于slab分配器，slab缓冲区建立在一个物理地址连续的大内存块之上，所以其缓存对象也是物理地址连续的。如果在内核中不需要连续的物理地址，而仅仅需要内核空间的虚拟地址是连续的内存块，该如何处理呢？这时vmalloc()就派上用场了。 vmalloc()函数的声明如下。

<mm/vmalloc.c>

void *vmalloc(unsigned long size)
{
     return __vmalloc_node_flags(size, NUMA_NO_NODE,
                      GFP_KERNEL);
}

在Linux 4.0内核中，vmalloc()使用的分配掩码是“GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM”，这说明会优先使用高端内存。而在Linux 5.0内核中只有“GFP_KERNEL”，这是不是说明vmalloc()不再优先使用高端内存了呢？其实不是，而是在Linux 4.12内核中把这个接口函数变得更加简单了，因为有些驱动喜欢使用下面这个接口函数。

<mm/vmalloc.c>

void *__vmalloc(unsigned long size, gfp_t gfp_mask, pgprot_t prot)

__vmalloc()接口函数包含了3个参数。

  • size：分配的内存大小。
  • gfp_mask：页面分配器使用的分配掩码。
  • prot：分配内存的内存属性。

drivers/block/drbd/drbd_bitmap.c驱动文件中就直接使用__vmalloc()接口函数来分配内存，这样做的好处是可以指定gfp_mask分配掩码。在Linux 4.12内核之前的版本中，在调用这个接口函数时都要为gfp_mask分配掩码指定__GFP_HIGHMEM。因此，为了使这个接口函数更简单，把__GFP_HIGHMEM标志位的指定安排在内部实现的函数__vmalloc_area_node()中。

<drivers/block/drbd/drbd_bitmap.c>

static struct page **bm_realloc_pages(struct drbd_bitmap *b, unsigned long want)
{
    new_pages = kzalloc(bytes, GFP_NOIO | __GFP_NOWARN);
    if (!new_pages) {
        new_pages = __vmalloc(bytes,
                GFP_NOIO | __GFP_ZERO,
                PAGE_KERNEL);
}

vmalloc()函数的核心实现主要是调用__vmalloc_node_range()函数来实现的。

<mm/vmalloc.c>

static void *__vmalloc_node(unsigned long size, unsigned long align,
                gfp_t gfp_mask, pgprot_t prot,
                int node, const void *caller)
{
    return __vmalloc_node_range(size, align, VMALLOC_START, VMALLOC_END,
                gfp_mask, prot, 0, node, caller);
}

这里的VMALLOC_START和VMALLOC_END是vmalloc()中很重要的宏，这两个宏定义在arch/arm64/include/asm/pgtable.h头文件中。VMALLOC_START是vmalloc区域的开始地址，它以内核模块区域的结束地址（MODULES_END）为起始点。

<arch/arm64/include/asm/memory.h >
#define MODULES_END             (MODULES_VADDR + MODULES_VSIZE)

<arch/arm64/include/asm/pgtable.h>
#define VMALLOC_START       (MODULES_END)
#define VMALLOC_END       (PAGE_OFFSET - PUD_SIZE - VMEMMAP_SIZE - SZ_64K)

在ARM64系统中，VMALLOC_START宏的值为0xFFFF 0000 1000 0000，VMALLOC_END宏的值为0xFFFF 7DFF BFFF 0000，整个vmalloc区域的大小为129022GB。读者可以自行计算这些宏的值。

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