怎样申请大块内核内存？

Linux驱动 0 11

在Linux内核中申请大块内存是一项常见但需要谨慎处理的任务，特别是当内存需求超过常规页大小（通常是4KB）时。处理大块内存的方法有几种，每种方法都有其适用的场景和限制。

kmalloc

kmalloc() 是最直接的方法来申请内核内存，适用于较小的内存块，通常用于申请几个页面大小的内存。对于大于几页的内存块，kmalloc() 可能会因为内存碎片化而失败。

用法示例：

void *buffer = kmalloc(size, GFP_KERNEL);
if (!buffer)
  return -ENOMEM;

限制：kmalloc 在申请大内存块时可能失败，因为它需要连续的物理内存。

vmalloc

对于需要大量连续虚拟地址空间但物理内存可以不连续的情况，可以使用 vmalloc()。这个函数为大块内存提供了连续的虚拟地址空间，但背后的物理内存可能是碎片化的。

用法示例：

void *buffer = vmalloc(size);
if (!buffer)
  return -ENOMEM;

优点：适合申请大内存块，因为它不要求物理内存连续。
缺点：相对于 kmalloc，vmalloc 分配的内存访问速度较慢，因为它可能涉及更多的页表管理开销。

get_free_pages / alloc_pages

这些函数直接从伙伴系统（Buddy System）中分配页框，适用于需要大块连续物理内存的情况。

用法示例：

struct page *page = alloc_pages(GFP_KERNEL, order);
void *buffer = page ? page_address(page) : NULL;
if (!buffer)
  return -ENOMEM;

优点：可以申请大量连续的物理内存。
缺点：申请大块内存更有可能失败，特别是在系统长时间运行后物理内存碎片化严重的情况下。

CMA (Contiguous Memory Allocator)

对于需要非常大块连续物理内存的设备驱动（如多媒体处理或直接内存访问），可以使用 CMA 接口。

用法示例：

unsigned long size = PAGE_SIZE * num_pages;  // 需要的页数
struct page *page = dma_alloc_from_contiguous(NULL, num_pages, order, GFP_KERNEL);
void *buffer = page ? page_address(page) : NULL;
if (!buffer)
  return -ENOMEM;

优点：专为大块连续内存设计，适合高性能需求。
缺点：必须在系统启动时配置 CMA 区域，且通常仅适用于嵌入式系统或特定平台。

在申请大块内核内存时，开发者需要根据内存的大小、是否需要物理连续性、性能要求等因素选择最合适的方法。通常建议优先考虑 vmalloc 或 CMA，特别是当面对非常大的内存申请时。

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