在内核中分配连续的物理内存

kernel version 2.6.29
内核函数常常需要临时分配一块任意大小的物理地址连续的内存空间. 所以先介绍内核中两个分配物理地址连续的内存空间的API.

kmalloc
由于采用了SLUB作为默认内存分配器, 所以 kmalloc 工作于 SLUB 分配器之上。内核初始化时，创建一组共 13 个通用对象的缓冲区。kmalloc_caches 数组存放了这些缓冲区的 kmem_cache 数据结构(kmalloc_sizes.h)。由于 kmem_cache 数据结构是通过 kmalloc 来分配的，故而只能用静态分配的 kmem_cache 结构数组来描述通用对象的缓冲区。其中 kmalloc_caches[0] 代表的缓冲区专门分配 kmem_cache_node 结构。kmalloc_caches[1] 缓冲区对象大小为64，kmalloc_caches[2] 缓冲区对象大小为192，其余第 i（3-12）号缓冲区对象大小为 2^i。如果请求分配超过物理页面大小(4096)的对象，直接调用页框分配器__get_free_pages.

__get_free_pages
__get_free_pages 采用的内存分配方式为Buddy算法. 所以一般分配的数据大小为故是2 ^ order个页面大小. 内核中定义了一个宏 MAX_ORDER, 表示一次请求能分配的最大物理页数不能 >= MAX_ORDER, 也就是最大可以分配到的内存块. 2.6.29.6 中MAX_ORDER为 11 即最大分配大小为 ( 2 ^ 10 ) * 4096 = 4M.

如果我们需要在内核中分配4M以上的连续物理内存,怎么办,当前内核对应的方法还有两个:
1> 使用static或全局变量数组, 直接定义变量大小为所需数据大小.
例:
    static char buffer[ 512 * 1024 * 1024 ];
 定义512M大小数组. 不过此方法应用到模块中话, 会导致加载模块速度奇慢.

2> 使用alloc_bootmem系列API在start_kernel调用mem_init()之前申请所需的连续大内存. 或添加一内核参数根据需要来调整数据缓冲大小. 不过此段内存也就永久保留, 除非直接引用所分配的内存地址.