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1、linux内核中内存相关的操作函数作者：harvey wang 邮箱：新浪博客地址：http:/ ，有关于减肥和学习英语相关的博文，欢迎交流1、kmalloc()/kfree()static _always_inline void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags)内核空间申请指定大小的内存区域，返回内核空间虚拟地址。在函数实现中，如果申请的内存空间较大的话，会从buddy系统申请若干内存页面，如果申请的内存空间大小较小的话，会从slab系统中申请内存空间。有关buddy和slab，请参见linux内核之内存管理.docgfp_t flags 的选项较多。参考
2、内核文件gfp.h。在函数kmalloc()实现中，如果申请的空间较小，会根据申请空间的大小从slab中获取；如果申请的空间较大，如超过一个页面，会直接从buddy系统中获取。2、vmalloc()/vfree()void *vmalloc(unsigned long size)函数作用：从高端（如果存在，优先从高端）申请内存页面，并把申请的内存页面映射到内核的动态映射空间。vmalloc()函数的功能和alloc_pages(_GFP_HIGHMEM)+kmap() 的功能相似，只所以说是相似而不是相同，原因在于用vmalloc()申请的物理内存页面映射到内核的动态映射区（见下图），并且，用
3、vmalloc()申请的页面的物理地址可能是不连续的。而alloc_pages(_GFP_HIGHMEM)+kmap()申请的页面的物理地址是连续的，被映射到内核的KMAP区。vmalloc分配的地址则限于vmalloc_start与vmalloc_end之间。每一块vmalloc分配的内核虚拟内存都对应一个vm_struct结构体（可别和vm_area_struct搞混，那可是进程虚拟内存区域的结构），不同的内核虚拟地址被4k大小的空闲区间隔，以防止越界见下图）。与进程虚拟地址的特性一样，这些虚拟地址与物理内存没有简单的位移关系，必须通过内核页表才可转换为物理地址或物理页。它们有可能尚未被映
4、射，在发生缺页时才真正分配物理页面。如果内存紧张，连续区域无法满足，调用vmalloc分配是必须的，因为它可以将物理不连续的空间组合后分配，所以更能满足分配要求。vmalloc可以映射高端页框，也可以映射底端页框。vmalloc的作用只是为了提供逻辑上连续的地址。注意：在申请页面时，如果注明_GFP_HIGHMEM，即从高端申请。则实际是优先从高端内存申请，顺序为（分配顺序是HIGH, NORMAL, DMA ）。3、alloc_pages()/free_pages()内核空间申请指定个数的内存页，内存页数必须是2order个页。alloc_pages(gfp_mask, order) 中，g
5、fp_mask 是flag标志，其中可以为_ _GFP_DMA、_GFP_HIGHMEM 分别对应DMA和高端内存。注：该函数基于buddy系统申请内存，申请的内存空间大小为2order个内存页面。参见linux内核之内存管理.doc通过函数alloc_pages()申请的内存，需要使用kmap()函数分配内核的虚拟地址。4、_get_free_pages()/_free_pages()unsigned long _get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)作用相当于alloc_pages(NORMAL)+kmap()，但不能申请高端内
6、存页面。_get_free_page()只申请一个页面。5、kmap()/kunmap()返回指定页面对应内核空间的虚拟地址。#include void *kmap(struct page *page);void kunmap(struct page *page); kmap 为系统中的任何页返回一个内核虚拟地址. 对于低端内存页,它只返回页的逻辑地址; 对于高端内存页, kmap在“内核永久映射空间”中创建一个特殊的映射.这样的映射数目是有限, 因此最好不要持有过长的时间. 使用 kmap 创建的映射应当使用 kunmap 来释放; kmap 调用维护一个计数器, 因此若2个或多个函数都在同
7、一个页上调用kmap也是允许的.通常情况下，“内核永久映射空间”是 4M 大小，因此仅仅需要一个页表即可，内核通过来 pkmap_page_table 寻找这个页表。注意：不用时及时释放。kmalloc()和vmalloc()相比，kmalloc()总是从ZONE_NORMAL（下图中的直接映射区）申请内存。kmalloc()分配的内存空间通常用于linux内核的系统数据结构和链表。因内核需要经常访问其数据结构和链表，使用固定映射的ZONE_NORMAL空间的内存有利于提高效率。使用vmalloc()可以申请非连续的物理内存页，并组成虚拟连续内存空间。vmalloc()优先从高端内存（下图中的
8、动态映射区）申请。内核在分配那些不经常使用的内存时，都用高端内存空间（如果有），所谓不经常使用是相对来说的，比如内核的一些数据结构就属于经常使用的，而用户的一些数据就属于不经常使用的。alloc_pages(_GFP_HIGHMEM)+kmap() 方式申请的内存使用内核永久映射空间（下图中的KMAP区），空间较小（通常4M线性空间），不用时需要及时释放。另外，可以指定alloc_pages()从直接映射区申请内存，需要使用_GFP_NORMAL属性指定。_get_free_pages()/_free_pages() 不能申请高端内存页面，操作区域和kmalloc()相同（下图中的动态映射区）
9、。6、virt_to_page()其作用是由内核空间的虚拟地址得到页结构。见下面的宏定义。#define virt_to_pfn(kaddr)(_pa(kaddr) PAGE_SHIFT)#define pfn_to_virt(pfn)_va(pfn) PAGE_SHIFT)#define virt_to_page(addr)pfn_to_page(virt_to_pfn(addr)#define page_to_virt(page)pfn_to_virt(page_to_pfn(page)#define _pfn_to_page(pfn)(mem_map + (pfn) - ARCH_PFN
10、_OFFSET)#define _page_to_pfn(page)(unsigned long)(page) - mem_map) + ARCH_PFN_OFFSET)7、物理地址和虚拟地址之间转换#ifdef CONFIG_BOOKE#define _va(x) (void *)(unsigned long)(phys_addr_t)(x) + VIRT_PHYS_OFFSET)#define _pa(x) (unsigned long)(x) - VIRT_PHYS_OFFSET)#else#define _va(x) (void *)(unsigned long)(phys_addr_
11、t)(x) + PAGE_OFFSET - MEMORY_START)#define _pa(x) (unsigned long)(x) - PAGE_OFFSET + MEMORY_START)#endif8、ioremap()/iounmap()ioremap()的作用是把device寄存器和内存的物理地址区域映射到内核虚拟区域，返回值为内核的虚拟地址。注明：在内核中操作内存空间时使用的都是内核虚拟地址，必须把device的空间映射到内核虚拟空间。#include void *ioremap(unsigned long phys_addr, unsigned long size);void
12、 *ioremap_nocache(unsigned long phys_addr, unsigned long size); 映射非cache的io内存区域void iounmap(void * addr);为了增加可移植性，最好使用下面的接口函数读写io内存区域， unsigned int ioread8(void *addr);unsigned int ioread16(void *addr);unsigned int ioread32(void *addr); void iowrite8(u8 value, void *addr);void iowrite16(u16 value, v
13、oid *addr);void iowrite32(u32 value, void *addr);如果你必须读和写一系列值到一个给定的 I/O 内存地址, 你可以使用这些函数的重复版本:void ioread8_rep(void *addr, void *buf, unsigned long count);void ioread16_rep(void *addr, void *buf, unsigned long count);void ioread32_rep(void *addr, void *buf, unsigned long count);void iowrite8_rep(void
14、 *addr, const void *buf, unsigned long count);void iowrite16_rep(void *addr, const void *buf, unsigned long count);void iowrite32_rep(void *addr, const void *buf, unsigned long count);这些函数读或写 count 值从给定的 buf 到 给定的 addr. 注意 count 表达为在被写入的数据大小; ioread32_rep 读取 count 32-位值从 buf 开始.9、request_mem_region(
15、)本函数的作用是：外设的io端口映射到io memory region中。在本函数实现中会检查输入到本函数的参数所描述的空间（下面成为本io空间）是否和io memory region中已存在的空间冲突等，并设置本io空间的parent字段等（把本io空间插入到io 空间树种）。注明：io memory region 空间中是以树形结构组织的，默认的根为iomem_resource描述的io空间，其name为PCI mem。request_mem_region(start,n,name) 输入的参数依次是设备的物理地址，字节长度，设备名字。函数返回类型如下struct resource resource_size_t start;resource_size_t end;const char *name;unsigned long flags;struct resource *par
