mmap对get_free_pages 等的不同做法

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#struct #file #module #linux内核 #access #数据结构

madvise MADV_FREE对文件页统计的影响及原理
zhaoxin1989的博客
04-27 1739
madvise MADV_FREE对文件页统计的影响及原理，Mapped，AnonPages，Inactive(file)，/proc/meminfo，free -h
Linux内存管理子系统——mmap内存映射原理分析(dax文件系统的mmap)
Imagine Miracle的博客
04-18 3459
Linux mmap分析 内核版本：linux-5.16 1. 虚拟内存概要内容简介 1.1. mm_struct 和 vm_area_struct // mm_struct 和 vm_area_struct 的简要成员 struct mm_struct { unsigned long start_brk, brk, start_stack; } __attribute__((preserve_access_index)); struct vm_area_struct { unsigned lo
用户空间存取内核空间
我们编程吧
08-18 1128
用户空间存取内核空间，具体的实现方法要从两个方面考虑，先是用户进程，需要调用mmap来将自己的一段虚拟空间映射到内核态分配的物理内存；然后内核空间需要重新设置用户进程的这段虚拟内存的页表，使它的物理地址指向对应的物理内存。针对linux内核的几种不同的内存分配方 式（kmalloc、vmalloc和ioremap），需要进行不同的处理。
用户空间与内核空间数据交换之mmap
不舍驽马
10-15 823
在阅读以下测试程序之前先要搞清楚驱动程序中__get_free_pages的用法： unsigned long __get_free_pages(unsigned int gfp_mask, unsigned int order) This function works the same as alloc_pages(), except that it directly retur
Linux 1.0 __get_free_page函数的一点理解
m0_53755675的博客
08-25 697
在0.11版本中，get_free_page负责分配内存，如果没用空闲内存了，就返回0。 这种做法是不留一点余量，万一有特别紧急的任务需要内存，结果却用光了，这就不好了。我们知道，大到一个国家，小到一个家庭，都要留一些储备资源。国家有储备粮、储备肉什么的，平时不会用，紧急情况下国家才会调动储备资源来平息问题。家庭也一样，也要留一些救命钱。平时困难时宁可吃糠咽菜也不动，只有万分需要时才能动用。内存作为一项非常重要的资源，我们也要采取措施留一些储备。在1.0中，一部分内存被分割成储备内存，一般情况下不会用，se
Linux内核中内存分配api
wangyangzhizunwudi的博客
09-16 1050
转载：https://blog.youkuaiyun.com/lonnox/article/details/81489359 1.1.__get_free_pages 　　unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order) 　　__get_free_pages函数是最原始的内存分配方式，直接从伙伴系统中获取原始页框，返回值...
内核函数__get_free_page和 free_pages
yldfree的博客
07-20 1万+
unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)功能:以gfp_mask的方式分配2^order个物理页面 gfP_mask:分配的方式,指出如何分配在哪分配如GFP_KERNEL order:分配2^order个页面 返回值:返回分配的第一个页的逻辑地址 头文件: #include <gfp/linux.h...
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它通过多层级机制协调不同场景下的内存需求，满足驱动程序、文件系统、网络协议栈等子系统对内存连续性、访问速度和上下文适应性的多样化要求。三大核心分配接口——`kmalloc`、`vmalloc` 和 `__get_free_pages` ...
【linux 内存管理】mmap.c文件代码分析do_mmap() 和 do_mmap_pgoff()
ElisabethSissi的博客
11-18 1943
mmap.c文件代码分析do_mmap_pgoff // An highlighted block unsigned long do_mmap_pgoff(struct file * file, unsigned long addr, unsigned long len, unsigned long prot, unsigned long flags, unsigned long pgoff) /*负责把磁盘文件的逻辑地址映射到虚拟地址，以及把虚拟址映射到物理地址。*/ /*do_mmap在mm.h
内核mmap_sem锁的危害和相关优化
buhui912的专栏
05-26 2303
mmap_sem锁简介 mmap_sem锁是进程为了保护自身虚拟地址空间不受多线程并发访问影响而设计的。 多线程环境下，如果想访问进程的虚拟地址空间(比如find_vma等)，是要先持有该mmap_sem锁才能访问的，这样可以避免多线程并发修改进程vma区域造成的冲突。 mmap_sem锁的一些问题总结 内核mmap_sem锁设计目前存在一些问题，简单总结如下： 1：保护的东西太多，范围太广了。 mmap_sem目前保护: 1)Rbtree of VMA，比如做find_vma()时 arm
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xxt99的博客
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jason的笔记
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unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order) 用于以gfp_mask分配方式分配2的order次方个连续的物理页 其源码分析如下： unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order) { struct page *page;
linux内核分配物理页面alloc_pages
菜鸡搞计算机
08-20 308
linux内核分配物理页空间
__get_free_pages
YuZhiHui_No1的专栏
04-27 2159
说下分配策略，这个分配策略主要是获取到节点的编号（也就是得到 pgdat 结构体）；下面是分配策略的结构体 static inline struct page * __alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, struct zonelist *zonelist) {
深入理解Linux内核-内存管理-进程地址空间
x13262608581的博客
08-04 807
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get_free_page 和其友
我们编程吧
08-18 8968
如果一个模块需要分配大块的内存, 它常常最好是使用一个面向页的技术. 请求整个页也有其他的优点
Linux内核源代码分析：文件系统的read操作全流程
Linux内核研究者
11-25 1629
本文详细解析了Linux 6.8内核中文件系统read操作的全流程，从用户态的read()系统调用开始，经过内核态的sys_read入口函数，转至VFS层的vfs_read通用接口，最终到达具体文件系统层如ext4的实现。核心过程涉及从页缓存中读取数据，若数据不在缓存中，则通过文件系统提供的方法（如ext4_read_folio）从块设备读取并加载到页缓存。整个流程展现了Linux内核如何高效地管理文件I/O操作，通过页缓存机制将磁盘I/O转换为快速的内存操作，从而提高文件读写的性能。
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【摘要】本文叙述了在Linux内核中常见的几种内存分配函数及其异同，对理解linux底层内存分配机制有个较好理解。 1、kmalloc() kmalloc()函数类似与我们常见的malloc()函数，前者用于内核态的内存分配，后者用于用户态。 kmalloc()函数在物理内存中分配一块连续的存储空间，且和malloc()函数一样，不会清除里面的原始数据，如果内存充足，它的分配速度很快。其原型如下： static inline void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags);
__alloc_pages
最新发布
12-06
`__alloc_pages` 是 Linux 内核内存管理子系统中最核心的函数之一，它是 **页分配器（page allocator）** 的主入口点，负责从物理内存中分配一个或多个连续的物理页面（通常为 4KB 每页）。它被 `kmalloc`、`vmalloc`、`mmap` 等上层接口调用。 --- ## ✅ 函数原型 ```c struct page * __alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, struct zonelist *zonelist); ``` ### 参数说明： | 参数 | 含义 | |------|------| | `gfp_mask` | 分配标志，控制分配行为（如是否可睡眠、是否清零等） | | `order` | 要分配的页数以 $2^{order}$ 表示。例如：<br> - `order=0` → 1 页（4KB）<br> - `order=3` → 8 页（32KB） | | `zonelist` | 内存区域列表，决定从哪些 zone 开始尝试分配（如 ZONE_NORMAL、ZONE_DMA） | ### 返回值： - 成功：返回指向 `struct page` 的指针（描述物理页） - 失败：返回 `NULL` --- ## 🔧 工作原理详解 `__alloc_pages` 的实现位于 `mm/page_alloc.c`，其流程非常复杂，支持多种路径和回退机制。 以下是简化版执行流程图： ``` __alloc_pages │ ┌───────────────▼───────────────┐ │ 1. 快速路径（fast path） │ │ 检查 per-cpu 缓存和本地 zone │ └───────────────┬───────────────┘ │ ┌───────────────▼───────────────┐ │ 2. 获取合适的内存区域 │ │ 根据 gfp_mask 和 zonelist │ └───────────────┬───────────────┘ │ ┌───────────────▼───────────────┐ │ 3. 尝试直接分配（direct reclaim）│ │ 如果当前允许回收内存 │ └───────────────┬───────────────┘ │ ┌───────────────▼───────────────┐ │ 4. 回收失败？触发内存压缩 │ │ （kcompactd 唤醒） │ └───────────────┬───────────────┘ │ ┌───────────────▼───────────────┐ │ 5. 最终回退：OOM killer │ │ 如果所有尝试都失败 │ └───────────────────────────────┘ ``` --- ## 📚 代码示例：如何使用？ 虽然驱动开发者一般不直接调用 `__alloc_pages`，但理解它的使用方式有助于掌握底层机制。 ### 示例：分配 8 个连续页面（order=3） ```c #include <linux/mm.h> #include <linux/gfp.h> struct page *page; unsigned int order = 3; // 2^3 = 8 pages = 32KB gfp_t mask = GFP_KERNEL; // 可睡眠，常规分配 page = __alloc_pages(mask, order, NODE_DATA(0)->node_zonelists + 0); if (!page) { printk(KERN_ERR "Failed to allocate pages\n"); } else { void *addr = page_address(page); // 获取虚拟地址 memset(addr, 0, (1 << order) * PAGE_SIZE); // 清零 printk(KERN_INFO "Allocated at %p\n", addr); } ``` > ⚠️ 注意：实际开发中应优先使用更高级接口如 `kmalloc()` 或 `vmalloc()`，避免直接操作 `__alloc_pages`。 --- ## 🎯 关键特性解析 ### 1. `gfp_mask` 标志详解 | 标志 | 含义 | |------|------| | `GFP_KERNEL` | 普通内核分配，可睡眠 | | `GFP_ATOMIC` | 原子上下文（中断处理），不可睡眠 | | `GFP_DMA` | 分配可在 DMA 区域使用的内存 | | `__GFP_ZERO` | 自动清零返回页 | | `__GFP_HIGHMEM` | 允许分配高端内存（HighMem） | | `__GFP_NOWARN` | 不打印分配失败警告 | 组合示例： ```c GFP_KERNEL | __GFP_ZERO // 常规分配并清零 GFP_ATOMIC // 中断中快速分配 GFP_KERNEL & ~__GFP_DIRECT_RECLAIM // 禁止阻塞 ``` --- ### 2. `order` 的限制 - 最大 `order` 受限于最大连续空闲块大小。 - 典型最大为 `order=10`（4MB），超过容易失败。 - 使用 `buddy allocator` 管理不同阶的内存块。 --- ### 3. 内存回收与 OOM 当 `__alloc_pages` 发现没有足够空闲页时，会触发以下动作： #### 回收路径（Reclaim Path）： - 调用 `kswapd` 回收页缓存（page cache） - 回收 slab 对象（如 dentry、inode） - 如果仍不足，则唤醒 `kcompactd` 进行内存压缩 #### OOM Killer： 如果所有手段都失败，且系统处于严重内存压力下，最终会调用 `oom_killer` 终止某个进程来释放内存。 可通过以下命令查看是否发生过 OOM： ```bash dmesg | grep -i oom # 输出示例： # [12345.67890] Out of memory: Kill process 1234 (myservice) ... ``` --- ## 🔍 调试技巧 ### 查看当前内存状态 ```bash cat /proc/buddyinfo ``` 输出示例： ``` Node 0, zone DMA 1 2 3 ... Node 0, zone Normal 10 20 5 ... Node 0, zone HighMem 0 1 0 ... ``` 每个数字表示对应 `order` 的空闲页块数量。 比如 `order=3` 有 5 个空闲块 → 最多可分配 5 × 8 = 40 个页（不分裂情况下）。 --- ### 跟踪 `__alloc_pages` 调用 使用 ftrace： ```bash echo function > /sys/kernel/debug/tracing/current_tracer echo __alloc_pages > /sys/kernel/debug/tracing/set_ftrace_filter echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/tracing_on cat /sys/kernel/debug/tracing/trace_pipe ``` 输出示例： ``` migration/1-12 [001] .... 1234.567890: __alloc_pages -> 0xffffea0001234567 ``` --- ## ✅ 总结 | 特性 | 说明 | |------|------| | 所在文件 | `mm/page_alloc.c` | | 主要功能 | 分配物理页（基于 buddy system） | | 上层调用者 | `kmalloc`, `__get_free_pages`, `vmalloc`, `mmap` | | 底层机制 | Buddy Allocator + Per-CPU 缓存 + Reclaim + Compaction | | 失败处理 | 回收 → 压缩 → OOM Killer | | 推荐替代方案 | 用户态用 `malloc`；内核用 `kmalloc/vmalloc` | ---
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