Linux 內存管理之vmalloc

走進vmalloc

根據(jù)前面的系列文章，我們知道了buddy system是基于頁框分配器，kmalloc是基于slab分配器，而且這些分配的地址都是物理內存連續(xù)的。但是隨著碎片化的積累，連續(xù)物理內存的分配就會變得困難，對于那些非DMA訪問，不一定非要連續(xù)物理內存的話完全可以像malloc那樣，將不連續(xù)的物理內存頁框映射到連續(xù)的虛擬地址空間中，這就是vmap的來源）（提供把離散的page映射到連續(xù)的虛擬地址空間），vmalloc的分配就是基于這個機制來實現(xiàn)的。

vmalloc最小分配一個page，并且分配到的頁面不保證是連續(xù)的，因為vmalloc內部調用alloc_page多次分配單個頁面。

vmalloc的區(qū)域就是在上圖中VMALLOC_START - VMALLOC_END之間，可通過/proc/vmallocinfo查看。

數(shù)據(jù)結構

• vmap_area 描述一段虛擬地址的區(qū)域，可以將struct vm_struct構成一個鏈表，維護多段映射。

struct vmap_area {
 unsigned long va_start; //vmalloc申請?zhí)摂M地址返回的起始地址
 unsigned long va_end; //vmalloc申請申請?zhí)摂M地址返回的結束地址
 unsigned long flags;
  //掛接到vmap_area_root紅黑樹
 struct rb_node rb_node;         /* address sorted rbtree */
  //掛接到vmap_area_list鏈表
 struct list_head list;          /* address sorted list */
 struct llist_node purge_list;    /* "lazy purge" list */
 //如果當前VA處于使用狀態(tài)(即在vmap_area_root為根的紅黑樹中和vmap_area_list鏈表中)，vm有效，指向用于管理虛擬地址和物理頁之間的映射關系的描述符
 struct vm_struct *vm;
 struct rcu_head rcu_head;
};

• vm_struct 管理虛擬地址和物理頁之間的映射關系

struct vm_struct {
 struct vm_struct *next; //指向下一個vm結構體
 void   *addr; //當前vmalloc區(qū)域的虛擬地址的起始地址
 unsigned long  size; //當前vmalloc區(qū)域的虛擬地址的大小
 unsigned long  flags;
 //vamlloc分配獲取的各個物理頁面并是不連續(xù)的，每個物理頁面用struct page描述，一個vm_struct對用到的管理所有物理頁面的struct page構成一個數(shù)組，而pages就是指向這個數(shù)組的指針。
 struct page  **pages;
 unsigned int  nr_pages; //vmalloc映射的page數(shù)目
 phys_addr_t  phys_addr; //用來映射硬件設備的IO共享內存，其他情況下為0
 const void  *caller; //調用vmalloc函數(shù)的函數(shù)的地址
};

vmalloc

主要分以下三步：

1. 從VMALLOC_START到VMALLOC_END查找空閑的虛擬地址空間(hole)
2. 根據(jù)分配的size,調用alloc_page依次分配單個頁面.
3. 把分配的單個頁面，映射到第一步中找到的連續(xù)的虛擬地址。把分配的單個頁面，映射到第一步中找到的連續(xù)的虛擬地址。