linux内存管理之非连续物理地址分配(vmalloc)

　　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

　　bit = PAGE_SHIFT;

　　align = 1ul <

　　}

　　//将起始地址按照对齐因子对齐

　　addr = ALIGN(start, align);

　　//分配一个vm_struct结构空间

　　area = kmalloc(sizeof(*area), GFP_KERNEL);

　　if (unlikely(!area))

　　return NULL;

　　//PAGE_SIZE:在i32中为4KB,即上面所说的间隔空洞

　　size += PAGE_SIZE;

　　if (unlikely(!size)) {

　　kfree (area);

　　return NULL;

　　}

　　write_lock(&vmlist_lock);

　　//遍历vmlist:找到合适大小的末使用空间

　　for (p = &vmlist; (tmp = *p) != NULL ;p = &tmp->next) {

　　//若起始地址落在某一个vm区间,则调整起始地址为vm区间的末尾

　　if ((unsigned long)tmp->addr

　　if((unsigned long)tmp->addr + tmp->size >= addr)

　　addr = ALIGN(tmp->size +

　　(unsigned long)tmp->addr, align);

　　continue;

　　}

　　//size+addr

　　if ((size + addr)

　　goto out;

　　//中间的空隙可以容纳下size大小的vm.说明已经找到了这样的一个vm

　　if (size + addr <= (unsigned long)tmp->addr)

　　goto found;

　　//调整起始地址为vm的结束地址

　　addr = ALIGN(tmp->size + (unsigned long)tmp->addr, align);

　　//如果超出了范围

　　if (addr > end - size)

　　goto out;

　　}

　　found:

　　//找到了合适大小的空间,将area->addr赋值为addr,然后链入vmlist中

　　area->next = *p;

　　*p = area;

　　area->flags = flags;

　　area->addr = (void *)addr;

　　area->size = size;

　　area->pages = NULL;

　　area->nr_pages = 0;

　　area->phys_addr = 0;

　　write_unlock(&vmlist_lock);

　　return area;

　　out:

　　//没有找到合适大小的空间,出错返回

　　write_unlock(&vmlist_lock);

　　kfree(area);

　　if (printk_ratelimit())

　　printk(KERN_WARNING "allocation failed: out of vmalloc space - use vmalloc= to increase size.\n");

　　return NULL;

　　}

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