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3.5.7 内核中不连续页的分配
3.5.8 内核映射
本节讲解vmalloc, vmap，kmap原理。
3.5.7 内核中不连续页的分配
kmalloc函数：分配物理地址和虚拟地址都连续的内存。
kmalloc基于slab，而slab基于伙伴系统。
void *vmalloc(unsigned long size);
分配一大片连续虚拟内存，但其物理地址不一定连续。
使用场景：
需要分配很大一块内存。如模块加载时。
优点：
更有效利用内存，减少内存分配失败。
缺点：
但TLB表项增多，TLB cache miss增加。
应用进程使用的内存：通常不要求物理连续。
vmalloc分配的虚拟内存如下图：
vmalloc区域之间插入1页安全隙，其没有对应物理页表项。
如果程序无意访问到安全隙时，触发段错误机制。阻止潜在的安全威胁或系统崩溃。
vmalloc函数会生成一个sturct vm_struct实例。用于描述vmalloc分配的区域。
struct vm_struct {
struct vm_struct *next; 连接所有实例，表头为struct vm_struct *vmlist
void *addr; 起始的虚拟地址。
unsigned long size; 该区域大小。
unsigned long flags;
struct page **pages; 指向page数组，映射源自哪些物理页。
unsigned int nr_pages; 包含有多少个物理页。
phys_addr_t phys_addr; //ioremap使用，其物理地址。
const void *caller;
};
flags：
VA_ALLOC：表示该区域由vmalloc函数建立。
VA_MAP：表示该区域由vmap函数建立。
VM_IOREMAP：表示该区域由ioremap函数建立。
vmap，ioremap，vmalloc三个函数：
1. 都用于建立物理地址非连续的映射。
2. 都会生成一个struct vm_struct实例，用flag成员区别。
全局变量struct vm_struct *vmlist链表头，链接所有vm_struct。
分配内存
vmalloc实现：
get_vm_area_node：
创建vm_struct实例，并分配虚拟内存。
__vmalloc_area_node：
分配对应物理页。
初始化vm_struct的pages，nr_pages成员。
调用map_vm_area：将分散物理页映射到连续虚拟空间。
vmalloc的实现中使用了__GFP_HIGHMEM：
表示尽可能从ZONE_HIGHMEM分配页。
当分配页后，应从对应节点伙伴系统中移除。
其他映射方法
下面函数也可创建虚拟连续的映射：
vmalloc_32：
分配的物理内存总是可以用32位指针寻址。
vmap函数：
将一个page数组映射到连续虚拟地址空间。
该函数不分配页，需提前分配好。
用VM_MAP标识。
ioremap：
体系架构自己实现。将硬件IO空间映射到内核空间。
用VM_IOREMAP标识，驱动中多使用。
释放内存
vfree：
释放vmalloc，vmalloc_32分配的内存。
将页返回伙伴系统。
vunmap：
释放vmap，ioremap创建的映射。
不会将页返回伙伴系统。
上述两个函数最终都调用__vunmap
3.5.8 内核映射
除vmalloc，其他将ZONE_HIGHMEM域到内核空间的方式：
永久内核映射（pkmap）：
pkmap：Permanent Kernel MAPping。
作用：为指定高端内存页创建永久映射到内核空间，直到手动解除映射。
内核空间范围：
PKMAP_BASE - FIXADDR_START区域
创建一个永久内核映射：
void *kmap(struct page *page)
{
if (!PageHighMem(page))
return page_address(page); 没有高端内存时，简单的将页转换为虚拟地址。
return kmap_high(page);
}
解除永久映射：
void kunmap(struct page *page)
内容：解除映射，删除页表，刷出TLB。
过多kmap映射可能导致内存碎片和性能问题。
避免频繁使用kmap。
kmap和vmap区别：
kmap：单页的映射。
短时间的映射。
vmap：多个页映射。（将一组不连续物理页映射到连续虚拟地址）。
长时间的映射。
kmap：若pkmap数组没有空闲位置，会睡眠，所以不能在中断中使用。
此时应使用kmap_atomic与kunmap_atomic。
在64位体系架构没有高端内存，此时kmap，kunmap，kmap_atomic，kunmap_atomic函数名一样，但实现不一致。
