Linux 内核基础统简全解：Kbuild、内存分配和地址映射

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Linux 内核基础统简全解：Kbuild、内存分配和地址映射

Linux 内核基础知识似乎分散，但其实只要理清基本概念和应用场景，就能从完整结构观得到进程、内存、构建等多个角度的组合结果。本文将进行一段精简且全面的分析，实现概念 + 分析 + 示意图的组合，方便理解和记录。

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一、Kbuild 是什么？

Kbuild 是 Linux 内核中用于描述每个相关源码目录应该怎样装配、编译和打包成内核或模块的组建机制。

虽然每个子目录中的文件名为 Makefile，但其内容采用的是 Kbuild 特有语法，与传统 GNU Make 不同，因此通称为 Kbuild 文件。

Kbuild 基础用法

语法写法	含义
obj-y += foo.o	内存编译，装入核心
obj-m += bar.o	编译为模块 bar.ko
foo-objs := a.o b.o	foo.o 由多个完成单元构成
obj-$(CONFIG_XXX) += z.o	根据 Kconfig 选项条件编译

示例：

obj-$(CONFIG_MYDEV) += mydriver.o
mydriver-objs := main.o helper.o

• 当配置中启用 CONFIG_MYDEV，则构建模块 mydriver.ko
• 该模块由 main.c 和 helper.c 构成

构建进程流程图

make menuconfig
     ↓
生成 .config 含 CONFIG_XXX
     ↓
项目核心 Makefile 分析
     ↓
递归读取各目录 Makefile (Kbuild)
     ↓
构建 .o / .ko 相应目标

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二、kmalloc 和 vmalloc 有什么区别？

对比项	kmalloc	vmalloc
虚拟地址是否连续	是	是
物理地址是否连续	是 (DMA 选择)	否 (paged memory)
性能	高，直接映射	较低，页表查找、TLB 影响
配置大小	小（如 <1MB）	可以配置大块内存 (四级 MB)
通用场景	控制块，快速切换区块	大存储区，如图像 buffer 、清洗区

示意图：

kmalloc:
 [虚拟地址] 连续
 [物理地址] 连续

vmalloc:
 [虚拟地址] 连续
 [物理地址] 分散

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三、什么是“直接映射区”？和“低端内存”有关吗？

概念

• 直接映射区：一段内核虚拟地址空间，对应于物理内存的线性映射，无页表转换，直接可用；
• 低端内存：指可被直接映射区映射的部分物理内存，通常是前 896MB

使用场景

• virt_to_phys() 只能转换直接映射区内存
• kmalloc 得到的地址在直接映射区，因此能做 DMA

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四、用户端请求的内存是否需要内核端重新分配？

答：不需要内核端重新分配，内核仅通过 页表将用户虚拟地址映射到物理页并创建映射关系即可

示意图

用户地址   →    页表映射    →     物理页
    malloc()                     内核分配               不需内核地址

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五、代码运行时在内存中被分到哪些段？

段名	内容
.text	程序代码区域
.data	已初始化全局变量
.bss	未初始化全局变量
.rodata	常量数据（如字符串）
heap	动态分配的 malloc 区
stack	层级调用、局部变量

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六、Kconfig 中的 select 和 depends on 有什么区别？

语法	含义
depends on A	表示依赖，A 未选则本项不可选
select A	强制选中，选择本项时会自动启用 A，但 不检查 A 依赖

示意示例

config FOO
    bool "Enable FOO"
    depends on BAR
    select BAZ

• 表示：只有 BAR=y 时才能选 FOO
• 选 FOO 时会强制选择 BAZ

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如需可以继续扩展：

• 全套 Kbuild 子目录结构分析
• Kbuild 和 Kconfig 实际使用连动
• 内核地址映射和页表架构运行图

如需我可以为你生成配套实例、导图或按章节列表。

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