linux驱动开发--内核空间中内存的申请与释放

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本文介绍了Linux内核中内存管理的基本概念，包括物理地址、线性地址和逻辑地址的区别，并通过示例代码展示了如何在内核空间中使用kmalloc、get_free_pages和vmalloc等函数来申请内存。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

1、Linux内存管理

linux内存最小管理单位为页（page），通常一页为4kb。
linux系统中，在初始化时，内核为每个物理内存页建立一个page的管理结构，操作物理内存时实际上就是操作page页。

物理地址：出现在cpu地址总线上的寻址物理内存的地址信号，是地址变换的最终结果。
线性地址（虚拟地址）：在32位cpu架构上，可以表示4G的地址空间，也就是0x00000000-0xFFFFFFFF。
逻辑地址：实际上是一个相对地址，是程序代码经过编译之后在汇编程序中出现的地址。

linux内核地址转换：出现在机器语言指令（程序编译后得到的二进制机器码序列）中的内存地址都是逻辑地址，逻辑地址必须被转换为线性地址，MMU将线性地址转换成物理地址，最终实现对应物理内存的访问。在linux系统中，逻辑地址和线性地址（虚拟地址）是一致的。

2、实例代码

/**
*Copyright (c) 2013.TianYuan
*All rights reserved.
*
*文件名称: kernelspace.c
*文件标识: 内核空间中内存的申请与释放
*
*当前版本：1.0
*作者：wuyq 
*
*取代版本：xxx
*原作者：xxx
*完成日期：2013-11-18
*/
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>

#include <linux/fs.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/vmalloc.h>

MODULE_LICENSE("GPL");
#define	PAGE_NUM	4/*编码幻数*/

unsigned char *kernelkmalloc = NULL;
unsigned char *kernelpagemem = NULL;
unsigned char *kernelvmalloc = NULL;

static int __init kernelspace_init(void)
{
	int ret = -ENOMEM;
	/*
	*GFP_KERNEL:分配内存，分配过程中可能导致睡眠。
	*GFP_ATOMIC:分配过程中不会导致睡眠。
	*GFP_DMA:申请到的内存通常情况下，位于0~16M之间
	*__GFP_HIGNMEM:申请高端内存（物理地址896M以上的）
	*/
	kernelkmalloc = (unsigned char *)kmalloc(100, GFP_KERNEL);
	if(IS_ERR(kernelkmalloc)){
		printk("kmalloc failed!\n");
		ret = PTR_ERR(kernelkmalloc);
		goto failure_kmalloc;
	}
	printk("kmalloc space :0x%lx!\n",(unsigned long)kernelkmalloc);
	
	kernelpagemem = (unsigned char *)__get_free_pages(GFP_KERNEL, PAGE_NUM);/*请求或释放的页数的2的幂*/
	if(IS_ERR(kernelpagemem)){
		printk("get_free_pages failed!\n");
		ret = PTR_ERR(kernelpagemem);
		goto failure_get_free_pages;
	}
	printk("get_free_pages address:0x%lx\n",(unsigned long)kernelpagemem);
	
	kernelvmalloc = (unsigned char *)vmalloc(1024*1024);
	if(IS_ERR(kernelvmalloc)){
		printk("vmalloc failed!\n");
		ret = PTR_ERR(kernelvmalloc);
		goto failure_vmalloc;
	}
	printk("vmalloc address: 0x%lx\n",(unsigned long)kernelvmalloc);
	return 0;
failure_vmalloc:
	free_pages((unsigned long)kernelpagemem, PAGE_NUM);
failure_get_free_pages:
	kfree(kernelkmalloc);
failure_kmalloc:
	return ret;
}

static void __exit kernelspace_exit(void)
{
	vfree(kernelvmalloc);
	free_pages((unsigned long)kernelpagemem, PAGE_NUM);
	kfree(kernelkmalloc);
}

module_init(kernelspace_init);
module_exit(kernelspace_exit);

KERNELDIR ?=/root/Desktop/work/ldd3/linux-2.6.31_TX2440A
PWD := $(shell pwd)
obj-m += kernelspace.o

default:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules

clean:
	@rm -f *.o *.ord* *.sy* *.mod.* *.ko