linux内存管理之非连续物理地址分配(vmalloc)(1)

linux内存管理之非连续物理地址分配(vmalloc)(1)

前面我们已经分析了linux如何利用伙伴系统,slab分配器分配内存,用这些方法得到的内存在物理地址上都是连续的,然而,有些时候,每次请求内存时,系统都分配物理地址连续的内存块是不合适的,可以利用小块内存“连接”成大块可使用的内存.这在操作系统设计中也被称为 “内存拼接”,显然,内存拼接在需要较大内存,而内存访问相比之下不是很频繁的情况下是比较有效的.

在linux内核中用来管理内存拼接的接口是vmalloc/vfree.用vmalloc分配得到的内存在线性地址是平滑的,但是物理地址上是非连续的.

一:准备知识:

Linux用vm_struct结构来表示vmalloc使用的线性地址.vmalloc所使用的线性地址区间为: VMALLOC_START VMALLOC_END.借用<>中的一副插图,如下示:

从上图中我们可以看到每一个vmalloc_area用4KB隔开,这样做是为了很容易就能捕捉到越界访问,因为中间是一个 “空洞”.

二:相关的数据结构

下面来分析一下vmalloc area的数据结构:

struct vm_struct {

void  *addr; //虚拟地址

unsigned long  size; //vm的大小

unsigned long  flags;//vm的标志

struct page**pages;  //vm所映射的page

unsigned int   nr_pages; //page个数

unsigned long  phys_addr;//对应的起始物理地址

struct vm_struct   *next;//下一个vm.用来形成链表

}

全局变量vmlist用来管理vm构成的链表

全局变量vmlist用于访问vmlist所使用的信号量

对于vm_struct有两个常用的操作: get_vm_area/remove_vm_area

get_vm_area:用来分配一个合适大小的vm结构,分配成功之后,将其链入到vmlist中,代码在 mm/vmalloc.c中.如下示:

//size为vm的大小

struct vm_struct *get_vm_area(unsigned long size, unsigned long flags)

{

//在VMALLOC_START与VMALLOC_END找到一段合适的空间

return __get_vm_area(size, flags, VMALLOC_START, VMALLOC_END);

}

//参数说明:

//start:起始地址 end:结束地址 size 空间大小

struct vm_struct *__get_vm_area(unsigned long size, unsigned long flags,

unsigned long start, unsigned long end)

{

struct vm_struct **p, *tmp, *area;

unsigned long align = 1;

unsigned long addr;

//如果指定了VM_IOREMAP.则调整对齐因子

if (flags & VM_IOREMAP) {

int bit = fls(size);

if (bit > IOREMAP_MAX_ORDER)

bit = IOREMAP_MAX_ORDER;

else if (bit < PAGE_SHIFT)

bit = PAGE_SHIFT;

align = 1ul << bit;

}

//将起始地址按照对齐因子对齐

addr = ALIGN(start, align);