LDD3学习6--Scull的变种

news2025/1/5 20:17:11

1 整体介绍

之前在LDD3学习1里面就提过scull的变种，LDD学习1--启程-CSDN博客，大概的变种有这些：

名称	全名	说明	对应章节
scull	Simple Character Utility for Loading Localities	基础版本	3
scullc	Scull with Slab cache	使用基于slab高速缓存	8.2.1
scullp	Scull with whole page	使用整页的缓存	8.3.1
scullv	Scull with Virtual Buffers	使用虚拟地址空间的连续区域	8.3.4
sculld	Scull with ...	会注册设备
scull-shared	Scull with ...	没有具体内容

它们主要的区别是在内存的分配上，内容基本上都在第八章。

2 细节

主要的流程这里就不写了，可以参考scull那篇LDD3学习5--Scull代码流程-CSDN博客，这些只列一些重点吧。

2.1 scullc（Scull with Slab cache）

作用：实现内存缓冲区的字符设备。

在scullc_write中：

	/* Allocate a quantum using the memory cache */
	if (!dptr->data[s_pos]) {
		dptr->data[s_pos] = kmem_cache_alloc(scullc_cache, GFP_KERNEL);
		if (!dptr->data[s_pos])
			goto nomem;
		memset(dptr->data[s_pos], 0, scullc_quantum);
	}

里面的行，也就是quantum，使用kmem_cache_alloc来获得。kmem_cache_alloc主要用于从特定的高速缓存（cache）中分配内存对象。这些高速缓存是通过kmem_cache_create函数预先创建的。

scullc_read和基本版几乎一致。

在scullc_init的时候，创建了cache。

	/* 
	 * allocate the devices -- we can't have them static, as the number
	 * can be specified at load time
	 */
	scullc_devices = kmalloc(scullc_devs*sizeof (struct scullc_dev), GFP_KERNEL);
	if (!scullc_devices) {
		result = -ENOMEM;
		goto fail_malloc;
	}
	memset(scullc_devices, 0, scullc_devs*sizeof (struct scullc_dev));
	for (i = 0; i < scullc_devs; i++) {
		scullc_devices[i].quantum = scullc_quantum;
		scullc_devices[i].qset = scullc_qset;
		mutex_init (&scullc_devices[i].lock);
		scullc_setup_cdev(scullc_devices + i, i);
	}

	scullc_cache = kmem_cache_create("scullc", scullc_quantum,
			0, SLAB_HWCACHE_ALIGN, NULL); /* no ctor/dtor */
	if (!scullc_cache) {
		scullc_cleanup();
		return -ENOMEM;
	}

在follow的时候，流程和之前倒是差不多。最后一个区别就是在scullc_trim清理的时候，用的kmem_cache_free。

	for (dptr = dev; dptr; dptr = next) { /* all the list items */
		if (dptr->data) {
			for (i = 0; i < qset; i++)
				if (dptr->data[i])
					kmem_cache_free(scullc_cache, dptr->data[i]);

			kfree(dptr->data);
			dptr->data=NULL;
		}
		next=dptr->next;
		if (dptr != dev) kfree(dptr); /* all of them but the first */
	}

这种分配方式的解答如下：

别是对于频繁分配和释放相同类型内存块（如 scullc 设备所需的内存块）的情况。通过kmem_cache_alloc和kmem_cache_free函数，scullc 能够更加高效地利用内存，并且减少内存碎片的产生。对内存的使用效率和数据的一致性有较高要求时，例如，在开发一个网络设备驱动或者一个共享的存储设备驱动时，scullc 的这些特性可以更好地满足需求。

评估：

2.2 scullp（Scull with whole page）

作用：使用整页的内存。

在scullp_init的时候，和基本版没有区别。

在write的时候：

int quantum = PAGE_SIZE << dev->order;
...
	/* Here's the allocation of a single quantum */
	if (!dptr->data[s_pos]) {
		dptr->data[s_pos] =
			(void *)__get_free_pages(GFP_KERNEL, dptr->order);
		if (!dptr->data[s_pos])
			goto nomem;
		memset(dptr->data[s_pos], 0, PAGE_SIZE << dptr->order);
	}

分配默认4000byte的空间的时候，使用__get_free_pages来获取。

read的时候倒是差不多。

在scullp_trim的时候，使用：

			/* This code frees a whole quantum-set */
			for (i = 0; i < qset; i++)
				if (dptr->data[i])
					free_pages((unsigned long)(dptr->data[i]),
							dptr->order);

说明如下：

scullp 由于是页面对齐的内存分配，数据存储相对更加规整。在进行读写操作时，能够更好地利用现代处理器的缓存机制。因为数据在内存中的分布更加符合页的边界，处理器在缓存数据时可以更高效地将整页数据加载到缓存中。

例如，在读取数据时，如果要读取的数据位于同一页或者相邻的页内，scullp 可以更方便地利用内存的局部性原理，减少内存访问的次数，从而提高数据读取的效率。在写入数据时，也更容易保证数据的连续性和完整性，因为它是以页为单位进行操作的。

2.3 scullv（Scull with Virtual Buffers）

作用：实现虚拟缓冲区管理。
大体和基本版还是一致的，区别还是在内存分配。

	/* follow the list up to the right position */
	dptr = scullv_follow(dev, item);
	if (!dptr->data) {
		dptr->data = kmalloc(qset * sizeof(void *), GFP_KERNEL);
		if (!dptr->data)
			goto nomem;
		memset(dptr->data, 0, qset * sizeof(char *));
	}
	/* Allocate a quantum using virtual addresses */
	if (!dptr->data[s_pos]) {
		dptr->data[s_pos] = (void *)vmalloc(PAGE_SIZE << dptr->order);
		if (!dptr->data[s_pos])
			goto nomem;
		memset(dptr->data[s_pos], 0, PAGE_SIZE << dptr->order);
	}

可以看到，块还是用的kmalloc，但是每一个缓冲用的vmalloc。

最后，在释放的时候，用的vfree。

	for (dptr = dev; dptr; dptr = next) { /* all the list items */
		if (dptr->data) {
			/* Release the quantum-set */
			for (i = 0; i < qset; i++)
				if (dptr->data[i])
					vfree(dptr->data[i]);

			kfree(dptr->data);
			dptr->data=NULL;
		}
		next=dptr->next;
		if (dptr != dev) kfree(dptr); /* all of them but the first */
	}

2.4 sculld（Scull with ...）

作用：基于设备缓冲区的扩展版本。

在init的时候，多了一个注册函数：

	/*
	 * Register with the driver core.
	 */
	register_ldd_driver(&sculld_driver);

cleanup的时候，要取消注册。

unregister_ldd_driver(&sculld_driver);

init时候每个设备也多了一个注册的函数：

static void sculld_register_dev(struct sculld_dev *dev, int index)
{
	snprintf(dev->devname, sizeof(dev->devname), "sculld%d", index);
	dev->ldev.name = dev->devname;
	dev->ldev.driver = &sculld_driver;
	dev_set_drvdata(&dev->ldev.dev, dev);
	register_ldd_device(&dev->ldev);
	device_create_file(&dev->ldev.dev, &dev_attr_dev);
}

仅此而已

2.5 scull-shared（Scull with Shared Buffers）

作用：模拟多个进程共享同一个缓冲区。

本来以为是使用了共享内存，结果里面只有几个函数。

3 小结

接口	用途	推荐场景
kmalloc	小块物理连续内存	DMA 或少量内存分配
kmem_cache_alloc	固定大小对象内存分配，频繁分配/释放	结构体对象的内存管理
vmalloc	大块虚拟连续但物理不连续内存	大块非 DMA 数据存储（如大型数组、表）
__get_free_pages	中等大小的物理连续内存，灵活	需要手动管理中等大小内存块