linux驱动学习（十）之内存管理

news2024/9/21 22:56:06

一、linux内核启动过程中，关于内存信息

1、内核的内存的分区

[    0.000000] Memory: 1024MB = 1024MB total  ---> 1G
[    0.000000] Memory: 810820k/810820k available, 237756k reserved, 272384K highmem
[    0.000000] Virtual kernel memory layout: 内核虚拟内存分布
[    0.000000]     vector  : 0xffff0000 - 0xffff1000   (   4 kB) ----> 存放中断向量表
[    0.000000]     fixmap  : 0xfff00000 - 0xfffe0000   ( 896 kB) --->固定的映射区
[    0.000000]     vmalloc : 0xef800000 - 0xfee00000   ( 246 MB) ---> vmalloc()对应的内存
[    0.000000]     lowmem  : 0xc0000000 - 0xef600000   ( 758 MB) ---->低端内存
[    0.000000]     pkmap   : 0xbfe00000 - 0xc0000000   (   2 MB) ---->高端内存区
[    0.000000]     modules : 0xbf000000 - 0xbfe00000   (  14 MB) ----> 执行insmod ***.ko存放段
[    0.000000]       .text : 0xc0008000 - 0xc0a51044   (10533 kB) ----->代码段和只读数据段
[    0.000000]       .init : 0xc0a52000 - 0xc0a8f100   ( 245 kB)  ----->由__init修饰的函数存放段
[    0.000000]       .data : 0xc0a90000 - 0xc0b29f18   ( 616 kB) ----->可读写数据段
[    0.000000]        .bss : 0xc0b29f3c - 0xc0d09c48   (1920 kB) ---->未初始化数据段

[    0.000000] SLUB: Genslabs=11, HWalign=64, Order=0-3, MinObjects=0, CPUs=8, Nodes=1 ---->linux内核内存分配器

由__init修饰的函数存放段,该函数只会执行一次，之后所对应的内存会被释放:

[ 4.475000] devtmpfs: mounted
[ 4.478000] Freeing init memory: 244K

2、linux内存的分配器(SLUB,SLOB,SLAB)

kernel\mm ---->关于SLUB、SLOB、SLAB对于源码位置
SLUB,SLOB,SLAB区别：
1) SLOB是针对嵌入式系统的，并且内存在32M以下.
2) SLAB是最早期的内存分配器.
3) SLUB是SLOB和SLAB的内存分配器的取代者.

3、在内核中如何分配内存---申请内存

1)申请内存：kmalloc
#include <linux/slab.h>
static __always_inline void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags)
size_t size size_t ---> unsigned int  申请内存的大小
gfp_t flags ---->分配内存的标志
typedef enum {
GFP_KERNEL,--->正常分配内存，内存分配在lowmem区
GFP_ATOMIC,---->分配内存的过程是一个原子操作，该过程不能被打断，如果在申请内存的程序中，是一个原子过程
			则使用该标志，比如：中断服务程序中，申请内存
} gfp_t;
返回值：void *
	成功：返回该内存对应的基址，该申请的内存大小为:2 * PAGE_SIZE
	失败：返回NULL


2)释放内存
static inline void kfree(void *p) 

3)申请内存:vmalloc()
#include <linux/vmalloc.h>
void *vmalloc(unsigned long size)

4)释放内存：vfree
void vfree(const void *addr)

malloc、kmalloc与vmalloc的区别：

1)kmalloc和vmalloc是分配的是内核的内存,malloc分配的是用户的内存
2)kmalloc保证分配的内存在物理上是连续的,vmalloc保证的是在虚拟地址空间上的连续
3)kmalloc能分配的大小有限,vmalloc和malloc能分配的大小相对较大
4)内存只有在要被DMA访问的时候才需要物理上连续
5)vmalloc比kmalloc要慢

二、MMU

1、什么是MMU

MMU，即Memory Manmager Unit(内存管理单元)，是cpu核中的一个硬件模块，不是所有的CPU都有该模块。MMU的模块会使得CPU的处理速度加快。

2、MMU作用

1) MMU实现虚拟地址与物理地址的转换。嵌入式linux，WINCE，VxWorks操作系统只能运行在虚拟地址上，不能直接运行在物理地址上。

物理地址：硬件平台上寄存器的地址，来自于原理图，cpu手册；

虚拟地址：操作系统的地址，方便内核保护(内核空间和用户空间)，可以实现不同进程之间的切换，有利于进行的通信。

2)设置虚拟地址空间访问属性：只读，只写，禁止访问。

3、MMU做地址转换的单位

MMU做地址转换的时候，不是一个一个转换，而是一块一块转换的。

所对应的单位：
   1) section(段):1MB
   2) larger page(大页):64KB
   3) little page(小页):4KB ----->(linux page = 4KB)
   4) tiny page(极小页):1KB
   GPIO口每组大小为:4KB

4、MMU工作原理