在分析虚拟内存管理前要先看下linux内核内存的详细分配我开始就是困在这个地方，对内核内存的分类不是很清晰。我摘录其中的一段：

内核内存地址

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在linux的内存管理中，用户使用0～3GB的地址空间，而内核只是用了3GB～4GB区间的地址空间，共1GB；非连

续空间的物理映射就位于3GB~4GB之间，如下图示

0GB                                                          3GB                   4GB

而关于内核空间中这1GB是如何分配的呢，具体请看下图:

通常会把内核空间中大于896M的空间称作内核空间中的高端内存。内核可以用三种不同的机制将页框映射到高端

内存：永久内核映射、临时内核映射和非连续内存分配。本文中将要谈论的是非连续内存分配。

从上图可以知道，在物理内存的末尾和非连续内存区之间插入了一个大小为8MB的区间，这是一个安全区，

目的是“捕获”对非连续区的非法访问。出于同样的理由，在其它非连续区间也插入了大小为4KB的安全区。而每个

非连续区的大小都是4KB的倍数。如下图:

非连续内存的线性地址空间是从VMALLOC_START~VMALLOC_END,共128MB大小。当内核需要用vmalloc类的函数

进行非连续内存分配时，就会申请一个vm_struct结构来描述对应的vmalloc区，若分配多个vmalloc的内存区，那

么相邻两个vmalloc区之间的间隔大小至少为4KB，即至少是一个页框大小PAGE——SIZE。如上图。

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这里强调下：上面的图示表示的仅仅是虚拟地址，而实际的物理地址是分DMA和常规地址及高端地址的；

linux内核内存大概的就是上面的图示了，其中8MB说是为了安全，防止越界访问（看了很多书，都这么说），就是这8MB虚拟地址不做任何映射（这样仅仅是虚拟地址，没有实际的物理地址浪费）

由上面的图示可以知道，前面896MB（其他架构可以能不是以896MB分割的）就是我们说的内核逻辑地址（记住是内核逻辑地址，如果就说逻辑地址的话应该是指x86架构中虚拟地址中不包括段地址部分，也就是段内偏移部分）；这部分内存地址已经在系统初始化的时候和物理页做好了映射，而且是一一映射，我们一般使用的时候就是用该部分的内存地址（kmalloc函数使用就是该部分）。这段内存是非常高效的，因为不需要做其他的映射和修改页表就可以直接使用。本blog是分析下虚拟内存地址的映射，主要是vmalloc函数和ioremap函数；

vmalloc函数

vmalloc函数是驱动模块经常使用的内存分配函数，该函数返回的虚拟地址连续的（其实这也有疑问，因为上面vmalloc的虚拟地址区有4k分割地址，如果vmalloc分配的虚拟地址很大，那么中间是否有4kb的分割地址？），但是不保证所映射的物理地址也是连续的。它主要对上面的vmalloc_start到vmalloc_end这段内存操作，返回的虚拟地址就是这一部分的。

在大多数情况下，不鼓励使用vmalloc来申请内存，原因： 1、通过vmalloc函数获取的内存使用效率不高（因为要自己做映射，要判断哪些是空闲页等操作）；2、有些架构上给vmalloc使用的内存地址非常小，对vmalloc调用可能会因为没有空闲地址而失败；3、不能保证物理地址是连续的，对一些驱动程序来说这是硬伤；综上所述，最好不要用包含vmalloc的代码作为内核的主线代码。

下面大概来说下vmalloc函数的原型：

void *vmalloc(unsigned long size);

该函数的实现有3个步骤：1、在vmalloc区域分配一段连续的虚拟内存地址；2、通过伙伴系统获取物理页；3、通过对页表的操作，把1中获取到的虚拟地址映射到2中分配到物理页上；

注意：

1、上面的图示我们可以看出每个vmalloc虚拟地址之间都有4kb的分割区域（其作用就是防止越界，形成一个空洞，越界时产生异常），所以vmalloc函数实现时，会在size对齐后再增加4kb大小（一个页的大小）；

2、在分配物理页时，会从高端地址（上面的图示表示的仅仅是虚拟地址而已，物理内存分配可以看linux内核内存分配（一、基本概念）中物理页和虚拟地址的映射图）分配，gfp为：GFB_KERNEL | _GFP_HIGHMEM;表示该函数可能睡眠，分配的物理地址来自高端物理页。常规物理页给kmalloc使用；vmalloc函数分配高端物理页时使用alloc_page函数或者alloc_pages_node函数来分配一个整页，多次调用分配函数来完成所有的物理页的分配，这样就不能保证所有的物理页一定连续了。

3、对虚拟地址映射时不会对额外的4k的分割地址进行映射，第2步中也不会对这4k的虚拟分割地址进行分配映射的物理页。

下面是vmalloc的映射图，图来自《深入linux设备驱动程序内核机制》

上图中：从vmalloc区域分配的两个虚拟页地址映射到物理地址的高端页面，其中高端内存是不连续的，虚拟地址最后一个页没有进行映射，那就是额外的4k分割页面；

用vmalloc分配得到的地址是不能在微处理器之外使用的，因为它们只在处理器的内存管理单元上才有意义。使用vmalloc函数的正确场合是在分配一大块连续的、只在软件中存在的、用于缓冲的内存区域的时候。

ioremap函数

函数原型：void __iomem  *ioremap(unsigned long phys_addr,  size_t  size);此处的__iomem只是标识返回的地址是io类型的地址；该函数用来把vmalloc区域之间的内存映射到设备I/O地址空间，这个函数和vmalloc函数的实现非常相似，不同的地方就是vmalloc是通过伙伴系统分配到物理页，而ioremap函数却是利用设备的I/O空间，而不是系统物理页；至于其他操作可以看：访问I/O内存和I/O端口设备

ioremap函数更多用于映射（物理的）PCI缓冲区地址到（虚拟的）内核空间。ioremap函数映射的内存需要用iounmap函数来释放；

vmalloc和kmalloc比较

kmalloc函数：

1、得到的内存保留上次使用的数据，不对申请到的内存进行初始化（zmalloc函数会初始化申请到的内存）；

2、返回的逻辑地址（其实也是虚拟地址）和映射的物理页都是连续的，调用该函数时可能会休眠；

3、kmalloc函数和__get_free_pages函数返回的内存地址都是虚拟地址，其实际的物理地址需要通过MMU转换后得到（其实MMU就是通过页表机制来转换的）；

4、kmalloc函数和__get_free_pages函数使用的虚拟地址范围与物理内存是一一对应的，可能有个常量偏移，这两个函数不需要修改页表；

5、kmalloc函数申请的内存大小是有限制的，一般根据架构决定；

vmalloc函数和ioremap函数：

1、使用效率不高，物理页不保证连续，虚拟地址保证连续；

2、vmalloc函数和ioremap函数使用的地址范围完全是虚拟的，每次分配都要通过对页表的操作来建立映射关系；

3、vmalloc函数一般用来分配大块的内存，并且返回的地址不能在微处理器之外使用；

转载地址：http://blog.csdn.net/yuzhihui_no1/article/details/47429411

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