驱动申请大块内存

内核版本:3.10.0

1、ioremap_nocache

/*
     * Don't allow RAM to be mapped - this causes problems with ARMv6+
     */
    if (WARN_ON(pfn_valid(pfn)))
        return NULL;

该函数内核源码中有如上一段,无法用于进行内存映射,用于对内存一下的寄存器I/O 空间进行映射


2、slab slub slob

Slab是基础,是最早从Sun OS那引进的;

Slub是在Slab上进行的改进,在大型机上表现出色(不知道在普通PC上如何),并且能更好的适应large NUMA系统;SLUB相对于SLAB有5%-10%的性能提升和减少50%的内存占用

Slob是针对小型系统设计的,当然了,主要是嵌入式


3、kmalloc

 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。为了kmalloc能申请出更大内存,使用slub的方式申请。

static __always_inline void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags)
{   
    if (__builtin_constant_p(size)) {
        if (size > KMALLOC_MAX_CACHE_SIZE)
            return kmalloc_large(size, flags);


        if (!(flags & GFP_DMA)) {
            int index = kmalloc_index(size);


            if (!index)
                return ZERO_SIZE_PTR;


            return kmem_cache_alloc_trace(kmalloc_caches[index],
                    flags, size);
        }
    }
    return __kmalloc(size, flags);
}

当size大于KMALLOC_MAX_CACHE_SIZE(8K),认为就是大块内存,调用kmalloc_large,最终调用alloc_pages函数调用__alloc_pages_slowpath函数,里面有最大限制:

if (order >= MAX_ORDER) {
        WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));                                                                                                 
        return NULL;
    }

#ifndef CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER                                                                                                                
#define MAX_ORDER 11                                                                                                                              
#else                                                                                                                                             
#define MAX_ORDER CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER                                                                                                      
#endif

默认是11,即可以申请2^10 * 4K = 4M,可以通过修改CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER 配置增加,来增大可申请值。

src/arch/arm/Kconfig:

config FORCE_MAX_ZONEORDER
    int "Maximum zone order" if ARCH_SHMOBILE
    range 11 64 if ARCH_SHMOBILE
    default "12" if SOC_AM33XX
    default "9" if SA1111
    default "12" if ARCH_HI3536
    default "11"

这个就是物理页面伙伴算法支持的最大块即4M。

在Linux系统中,请求大块内核内存通常是通过预留(Reserving)和分配(Allocating)的过程来完成的,特别是在需要管理某些特殊内存区域的时候,比如驱动程序或某些内存敏感的服务。以下是基本步骤: 1. **预留内存** (Memory Caching or Buffering): 可以使用`kmalloc()`或`vmalloc()`函数预留内存,它们会在内核的堆区为你的进程保留一块指定大小的内存。`kmalloc()`适用于小到中等大小的内存块,而`vmalloc()`则更适合于请求非常大的连续内存区域。 ```c void *ptr = kmalloc(size, GFP_KERNEL); // 使用普通内核上下文(GFP_KERNEL) void *ptr = vmalloc(size); // 请求较大内存,自动填充零值 ``` 2. **内存池管理**: 对于频繁的内存分配和释放,可以创建自定义内存池,例如`slab allocator`或`kmem_cache`,它们允许更高效地管理和回收内存块。 3. **内存区域(Memory Domains)**: 如果有特定的需求,还可以利用`request_memcg_node()`来请求内存域内的内存,这允许对内存的使用进行更细粒度的控制。 4. **内存碎片收集**: `hugepages`是一种较大的内存页,可以直接避免因小页分配产生的大量碎片。可以使用`huge_page_order()`函数获取合适的页面大小,然后通过`request_hugepages()`来申请。 5. **设备驱动程序**: 设备驱动程序通常会在初始化阶段为自身申请大块内存,这通常在模块加载时完成,比如`ioremap`用于映射物理内存。 注意在使用大内存时,一定要确保正确的释放机制,避免内存泄露。另外,因为内核内存有限,过度占用可能会导致系统稳定性问题。
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