linux内核Kmalloc分配内存需要注意的问题(GFP_KERNEL可能会造成内核调度错误)

最新推荐文章于 2025-06-27 09:09:00 发布
最新推荐文章于 2025-06-27 09:09:00 发布
阅读量4.3k 收藏 7
点赞数 2
CC 4.0 BY-SA版权
分类专栏： kernel学习
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/dahailantian1/article/details/78584795

#include <Linux/slab.h> void *kmalloc(size_t size, int flags);

给 kmalloc 的第一个参数是要分配的块的大小. 第 2 个参数, 分配标志, 非常有趣, 因为它以几个方式控制 kmalloc 的行为.

最一般使用的标志, GFP_KERNEL, 意思是这个分配((内部最终通过调用 __get_free_pages 来进行, 它是 GFP_ 前缀的来源) 代表运行在内核空间的进程而进行的. 换句话说, 这意味着调用函数是代表一个进程在执行一个系统调用. 使用 GFP_KENRL 意味着 kmalloc 能够使当前进程在少内存的情况下睡眠来等待一页. 一个使用 GFP_KERNEL 来分配内存的函数必须, 因此, 是可重入的并且不能在原子上下文中运行. 当当前进程睡眠, 内核采取正确的动作来定位一些空闲内存, 或者通过刷新缓存到磁盘或者交换出去一个用户进程的内存.

GFP_KERNEL 不一直是使用的正确分配标志; 有时 kmalloc 从一个进程的上下文的外部调用. 例如, 这类的调用可能发生在中断处理, tasklet, 和内核定时器中. 在这个情况下, 当前进程不应当被置为睡眠, 并且驱动应当使用一个 GFP_ATOMIC 标志来代替. 内核正常地试图保持一些空闲页以便来满足原子的分配. 当使用 GFP_ATOMIC 时, kmalloc 能够使用甚至最后一个空闲页. 如果这最后一个空闲页不存在, 但是, 分配失败.

其他用来代替或者增添 GFP_KERNEL 和 GFP_ATOMIC 的标志, 尽管它们 2 个涵盖大部分设备驱动的需要. 所有的标志定义在 <linux/gfp.h>, 并且每个标志用一个双下划线做前缀, 例如 __GFP_DMA. 另外, 有符号代表常常使用的标志组合; 这些缺乏前缀并且有时被称为分配优先级. 后者包括:

GFP_ATOMIC

用来从中断处理和进程上下文之外的其他代码中分配内存. 从不睡眠.

GFP_KERNEL

内核内存的正常分配. 可能睡眠.

GFP_USER

用来为用户空间页来分配内存; 它可能睡眠.

GFP_HIGHUSER

如同 GFP_USER, 但是从高端内存分配, 如果有. 高端内存在下一个子节描述.

GFP_NOIO
GFP_NOFS

这个标志功能如同 GFP_KERNEL, 但是它们增加限制到内核能做的来满足请求. 一个 GFP_NOFS 分配不允许进行任何文件系统调用, 而 GFP_NOIO 根本不允许任何 I/O 初始化. 它们主要地用在文件系统和虚拟内存代码, 那里允许一个分配睡眠, 但是递归的文件系统调用会是一个坏注意.

上面列出的这些分配标志可以是下列标志的相或来作为参数, 这些标志改变这些分配如何进行:

__GFP_DMA

这个标志要求分配在能够 DMA 的内存区. 确切的含义是平台依赖的并且在下面章节来解释.

__GFP_HIGHMEM

这个标志指示分配的内存可以位于高端内存.

__GFP_COLD

正常地, 内存分配器尽力返回"缓冲热"的页 -- 可能在处理器缓冲中找到的页. 相反, 这个标志请求一个"冷"页, 它在一段时间没被使用. 它对分配页作 DMA 读是有用的, 此时在处理器缓冲中出现是无用的. 一个完整的对如何分配 DMA 缓存的讨论看"直接内存存取"一节在第 1 章.

__GFP_NOWARN

这个很少用到的标志阻止内核来发出警告(使用 printk ), 当一个分配无法满足.

__GFP_HIGH

这个标志标识了一个高优先级请求, 它被允许来消耗甚至被内核保留给紧急状况的最后的内存页.

__GFP_REPEAT
__GFP_NOFAIL
__GFP_NORETRY

这些标志修改分配器如何动作, 当它有困难满足一个分配. __GFP_REPEAT 意思是" 更尽力些尝试" 通过重复尝试 -- 但是分配可能仍然失败. __GFP_NOFAIL 标志告诉分配器不要失败; 它尽最大努力来满足要求. 使用 __GFP_NOFAIL 是强烈不推荐的; 可能从不会有有效的理由在一个设备驱动中使用它. 最后, __GFP_NORETRY 告知分配器立即放弃如果得不到请求的内存.

kmalloc 能够分配的内存块的大小有一个上限. 这个限制随着体系和内核配置选项而变化. 如果你的代码是要完全可移植, 它不能指望可以分配任何大于 128 KB. 如果你需要多于几个 KB, 但是, 有个比 kmalloc 更好的方法来获得内存, 我们在本章后面描述.

这方面的原因：

kmalloc并不直接从分页机制中获得空闲页面而是从slab页面分配器那儿获得需要的页面，slab的实现代码限制了最大分配的大小为128k，即131072bytes,理论上你可以通过更改slab.c中的 cache_sizes数组中的最大值使得kmalloc可以获得更大的页面数，不知道有没有甚么副效应或者没有必要这样做，因为获取较大内存的方法有很多，想必128k是经验总结后的合适值。

alloc_page( )可以分配的最大连续页面是4M吧。MAX_ORDER =10

46 static inline struct page * alloc_pages(unsigned int gfp_mask, unsigned int order) 
47 { 
48 /* 
49 * Gets optimized away by the compiler. 
50 */ 
51 if (order >= MAX_ORDER) 
52 return NULL; 
53 return _alloc_pages(gfp_mask, order); 
54 } 
alloc_pages最大分配页面数为512个，则可用内存数最大为2^9*4K=2M

手把手教你学pcie--linux内核函数kzalloc()
MHD0815的博客
04-23 97
的一个变体，除了分配内存外，还会将分配的内存区域的所有字节设置为零。这对于需要确保新分配的内存内容是已知状态（通常是零）的情况非常有用。：由于它会自动将分配的内存初始化为零，因此可以帮助减少潜在的错误（例如，未初始化变量导致的意外行为）。是 Linux 内核中的一个内存分配函数，用于在内核空间中分配并初始化为零的内存块。可以包含多个标志位，这些标志位决定了内存分配的行为。：当你需要分配一块内存，并且希望这块内存的内容初始为零时，可以使用。方便地将分配的内存初始化为零，但它会在分配内存之后立即调用。
24、Linux内核内存分配与虚拟文件系统解析
sony5的博客
07-14 7
本文深入解析了Linux内核中的内存分配机制与虚拟文件系统（VFS）的工作原理。内容涵盖内存映射撤销、不同场景下的内存分配方法选择、VFS的通用文件系统接口与核心对象模型，以及Unix文件系统的基本抽象概念。同时，详细介绍了超级块对象及其操作流程、VFS对象的交互关系以及内存分配方法的性能对比，旨在帮助读者全面理解Linux内核在内存管理和文件系统操作方面的实现机制。
Linux内核中kzalloc函数详解
嵌入式与人工智能天地
02-08 1万+
*************************************************************************************************************************** 作者：EasyWave
kzalloc 函数详解
热门推荐
J.A.Y的专栏
08-24 3万+
用kzalloc申请内存的时候， 效果等同于先是用 kmalloc() 申请空间 , 然后用 memset() 来初始化 ,所有申请的元素都被初始化为 0. /** * kzalloc - allocate memory. The memory is set to zer
kzalloc 函数
weixin_30408165的博客
11-02 116
kmalloc + 分配区域初始化为零 转载于:https://www.cnblogs.com/ziziwu/archive/2011/11/02/2233535.html
内核中的kmalloc函数详解
Macross的专栏
05-27 3万+
一、kmalloc函数详解#include void *kmalloc(size_t size, int flags);给 kmalloc 的第一个参数是要分配的块的大小. 第 2 个参数, 分配标志, 非常有趣, 因为它以几个方式控制 kmalloc 的行为.最一般使用的标志, GFP_KERNEL, 意思是这个分配((内部最终通过调用 __get_free_pages
在exit_check函数和oplus_memcg_name_ops_write函数中，使用自旋锁期间调用kmalloc(GFP_KERNEL)，可能导致睡眠并引发死锁或系统崩溃。
06-20
但请注意，`GFP_ATOMIC`分配可能失败（特别是当系统内存非常紧张时），因此需要检查返回值[^1]。3.**重构代码**：-检查`exit_check`和`oplus_memcg_name_ops_write`函数，看是否能够减少临界区的长度，将内存分配等...
static void virtio_vsock_rx_fill(struct virtio_vsock *vsock) { int buf_len = VIRTIO_VSOCK_DEFAULT_RX_BUF_SIZE; struct virtio_vsock_pkt *pkt; struct scatterlist hdr, buf, *sgs[2]; struct virtqueue *vq; int ret; vq = vsock->vqs[VSOCK_VQ_RX]; do { pkt = kzalloc(sizeof(*pkt), GFP_KERNEL); if (!pkt) break; pkt->buf = kmalloc(buf_len, GFP_KERNEL); if (!pkt->buf) { virtio_transport_free_pkt(pkt); break; } pkt->buf_len = buf_len; pkt->len = buf_len; sg_init_one(&hdr, &pkt->hdr, sizeof(pkt->hdr)); sgs[0] = &hdr; sg_init_one(&buf, pkt->buf, buf_len); sgs[1] = &buf; ret = virtqueue_add_sgs(vq, sgs, 0, 2, pkt, GFP_KERNEL); if (ret) { virtio_transport_free_pkt(pkt); break; } vsock->rx_buf_nr++; } while (vq->num_free); if (vsock->rx_buf_nr > vsock->rx_buf_max_nr) vsock->rx_buf_max_nr = vsock->rx_buf_nr; virtio_vsock_notify(vsock, VSOCK_VQ_RX); } 这段代码在休眠唤醒过程中会出现 kmalloc kernel panici
最新发布
07-24
请注意，在休眠唤醒过程中，设备驱动的恢复（resume）回调函数会被调用，而该函数可能在非进程上下文中运行（例如，在系统线程中），此时使用`GFP_KERNEL`是允许的，因为它会导致睡眠，而系统在恢复过程中已经允许...
Linux内核相关信息杂谈笔记
qq_26105397的博客
12-10 1243
是一个用于定义读写锁（rwlock）的宏。读写锁是一种特殊的锁机制，允许多个读者同时访问共享资源，但只允许一个写者访问。这有助于提高并发性能，因为多个线程可以同时读取数据，但写操作需要独占性。// 读者加锁// 执行读操作// 读者解锁// 写者加锁// 执行写操作// 写者解锁代码中，定义了一个名为my_rwlock的读写锁，并在中展示了如何使用这个读写锁。读者使用read_lock和加锁和解锁，而写者使用write_lock和。
21、深入理解Linux内核内存管理
e1f2g的博客
06-27 16
本文深入解析了Linux内核的内存管理机制，涵盖了虚拟内存区域（VMA）的管理、地址转换与MMU的作用、TLB的工作原理、以及多种内存分配机制（包括页分配器、SLAB分配器和kmalloc分配器）。通过理解这些核心概念和技术，开发者可以更好地优化应用程序的内存使用，提高系统性能和稳定性。文章还提供了实际代码示例和流程图，帮助读者更直观地掌握相关知识。
linux kmalloc 函数
yongjong的专栏
07-15 3221
异同点kmalloc分配的物理内存是连续的，vmalloc分配的物理内存可以不连续，但是虚拟地址空间连续。kmalloc既支持大块内存分配也支持小块内存分配，大块内存使用页面分配器，小内存使用slab分配器，而vmalloc用于大块内存分配器，并且最好分配内存大小是整页级的，否则会导致内存空间浪费。测试结果如下图所示，插入内核模块分配一块4M（阶数为10）大小的物理内存块，对应的阶数为10，阶数为10的内存块从548减少为547，删除内核模块回收内存块，阶数为10的内存块数量增加一，变为548。...
GFP_ATOMIC or GFP_KERNEL?
闲云孤鹤
03-27 5595
本文转载至：http://lists.metaprl.org/pipermail/cs134-labs/2002-October/000025.html The short (or kinda long) answer is this: GFP_ATOMIC means roughly "make the allocation operation atomic". This means
Kmalloc
flyingdon的专栏
12-30 2万+
Kmalloc内存分配和malloc相似，除非被阻塞否则他执行的速度非常快，而且不对获得空间清零。Flags参数#includeVoid *kmalloc(size_t size, int flags);第一个参数是要分配的块的大小，第二个参数是分配标志（flags），他提供了多种kmalloc的行为。最常用的GFP_KERNEL,他表示内存分配（最终总是调用get_free_
【Linux 内核】1 kmalloc函数
hello__的博客
05-30 1017
函数原型 #include Linux/slab.h> void *kmalloc(size_t size, int flags); size是要分配内存的大小，不过内核会对大小进行适配，比如取32，64等等，是和缓存行等体系结构有关系的，总之可能会比你要申请的内存大一些。 flags是与伙伴系统交互的标记，虽说kmalloc()是从slab分配内存，不过底层还是要和伙伴系统交互...
【嵌入式-linux内核函数】kmalloc
Japathy
01-23 258
【代码】【嵌入式-linux内核函数】
linux内核重要函数（kmalloc等）
qq_41782149的博客
04-14 2503
文章目录内核内存分配函数永久内存映射区内核链表内核定时器度量时间差延时执行 内核内存分配函数 函数名 kmalloc 头文件<linux/slab.h> 函数原型： void *kmalloc(size_t size,int flags) 参数： （1）size：需要分配的内存大小 （2）flag：分配标志，它控制 kmalloc 的行为 GFP_ATOMIC：用来在进程上下文中...
5.4 kmalloc分配函数
Do one thing at a time, and do well.
07-17 607
内核中常用的kmalloc()函数的核心是slab机制。类似伙伴系统机制，按照内存块的2^order来创建多个slab描述符，例如16B/32B/64B/128B ... 32MB等大小，系统会分别创建名为kmalloc-16、kmalloc-32、kmalloc-64 ......的slab描述符，这在系统启动时在create_kmalloc_caches()函数中完成。例如分配30字节的一个小内存块，可以用"kmalloc(30, GFP_KERNEL)"，那么系统会从名为"kmalloc-32"的sl
linux中kmalloc函数详解
fulinux的博客
03-04 6099
kmalloc 是个功能强大且高速(除非被阻塞)的工具，所分配到的内存在物理内存中连续且保持原有的数据（不清零）。原型： #include linux/slab.h> void *kmalloc(size_t size, int flags); size 参数 内核管理系统的物理内存，物理内存只能按页面进行分配。kmalloc 和典型的用户空间 malloc 在实际上有很大的差别，内核
linux内存管理（十六）-kmalloc函数解析
jianjian的博客
02-02 1468
kmalloc_order就是真正进行页面分配的函数，首先flags加上__GFP_COMP标志，这样子就是使用了复合页，然后通过alloc_pages从伙伴系统中分配页面，如果分配成功，再调用page_address函数，把page结构体转化为虚拟地址，最后返回虚拟地址。如果比较小，则从slab管理器中分配内存。kmalloc_order_trace函数的作用是调用kmalloc_order进行真正的页面分配，然后在trace_kmalloc函数中使用tracer动态跟踪kmalloc。
GFP_DMA和GFP_ATOMIC怎么选择
06-07
### GFP_DMA 与 GFP_ATOMIC 的选择与区别 #### 1. 定义与功能 - **GFP_DMA**：用于分配满足 DMA（直接内存访问）要求的内存。这种标志通常用于需要低地址物理内存的硬件设备，例如某些旧的 PCI 设备或嵌入式系统中的硬件组件[^2]。它确保分配的内存位于特定的内存区域（如 ZONE_DMA 或 ZONE_DMA32），以便硬件能够正确访问。 - **GFP_ATOMIC**：适用于不能阻塞的上下文（如中断处理程序或持有自旋锁时）。在这种情况下，如果内存不足，内核不会等待内存释放，而是立即返回 NULL[^4]。 #### 2. 使用场景 - **GFP_DMA**：当需要为硬件设备分配低地址物理内存时使用。例如，在驱动程序开发中，某些硬件可能无法访问高地址内存，因此必须使用 `GFP_DMA` 来确保分配的内存位于硬件可访问的范围内[^2]。 - **GFP_ATOMIC**：当代码运行在不能睡眠的上下文中时使用，例如中断处理程序、软中断或持有自旋锁时。在这种情况下，使用 `GFP_KERNEL` 会导致调度错误或死锁，因此必须选择 `GFP_ATOMIC`[^4]。 #### 3. 行为差异 - **GFP_DMA**：主要关注内存区域的选择，确保分配的内存符合硬件的 DMA 要求。它的行为与是否可以阻塞无关，但通常会与其他标志结合使用，例如 `GFP_DMA | GFP_KERNEL` 或 `GFP_DMA | GFP_ATOMIC`[^2]。 - **GFP_ATOMIC**：专注于非阻塞分配，不允许调用者进入睡眠状态。即使内存不足，也不会尝试回收内存，而是直接返回失败。因此，使用 `GFP_ATOMIC` 时需要特别注意检查返回值，并准备好处理分配失败的情况[^4]。 #### 4. 内存分配的优先级 - **GFP_DMA**：由于其限制了内存区域，可能导致可用内存较少，尤其是在系统内存紧张的情况下。因此，使用 `GFP_DMA` 时应尽量减少分配大小，以降低分配失败的概率[^2]。 - **GFP_ATOMIC**：由于其不阻塞的特性，分配失败的概率较高。为了提高成功率，可以在关键路径之外预先分配内存，或者使用内存池等技术来管理紧急情况下的内存需求[^4]。 #### 示例代码 以下是一个简单的示例，展示如何根据需求选择 `GFP_DMA` 和 `GFP_ATOMIC`： ```c #include <linux/slab.h> #include <linux/kernel.h> void example_allocation(bool dma_required, bool atomic_context) { void *ptr; if (dma_required && atomic_context) { // 需要 DMA 内存且在原子上下文中 ptr = kmalloc(1024, GFP_DMA | GFP_ATOMIC); } else if (dma_required) { // 需要 DMA 内存且在非原子上下文中 ptr = kmalloc(1024, GFP_DMA | GFP_KERNEL); } else if (atomic_context) { // 不需要 DMA 内存但在原子上下文中 ptr = kmalloc(1024, GFP_ATOMIC); } else { // 不需要 DMA 内存且在非原子上下文中 ptr = kmalloc(1024, GFP_KERNEL); } if (!ptr) { printk(KERN_ERR "Memory allocation failed\n"); return; } // 使用分配的内存 memset(ptr, 0, 1024); // 释放内存 kfree(ptr); } ```
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

个

红包个数最小为10个

元

红包金额最低5元

当前余额3.43元 前往充值 >
需支付：10.00元
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付元
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明：

1.余额是钱包充值的虚拟货币，按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载，可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值