Linux 内存管理之vmalloc

矫情吗；* 2022-11-16 15:26 152阅读 0赞

## 走进vmalloc ##

根据前面的系列文章，我们知道了buddy system是基于页框分配器，kmalloc是基于slab分配器，而且这些分配的地址都是物理内存连续的。但是随着碎片化的积累，连续物理内存的分配就会变得困难，对于那些非DMA访问，不一定非要连续物理内存的话完全可以像malloc那样，将不连续的物理内存页框映射到连续的虚拟地址空间中，这就是vmap的来源）（提供把离散的page映射到连续的虚拟地址空间），vmalloc的分配就是基于这个机制来实现的。

![885236096140bbba3b1d02620559dd11.png][]

vmalloc最小分配一个page，并且分配到的页面不保证是连续的，因为vmalloc内部调用alloc\_page多次分配单个页面。

![a88996e7f83d2b9480b156f193552489.png][]

vmalloc的区域就是在上图中VMALLOC\_START - VMALLOC\_END之间，可通过/proc/vmallocinfo查看。

## 数据结构 ##

*  vmap\_area 描述一段虚拟地址的区域，可以将struct vm\_struct构成一个链表，维护多段映射。

struct vmap_area {
     unsigned long va_start; //vmalloc申请虚拟地址返回的起始地址
     unsigned long va_end; //vmalloc申请申请虚拟地址返回的结束地址
     unsigned long flags;
      //挂接到vmap_area_root红黑树
     struct rb_node rb_node;         /* address sorted rbtree */
      //挂接到vmap_area_list链表
     struct list_head list;          /* address sorted list */
     struct llist_node purge_list;    /* "lazy purge" list */
     //如果当前VA处于使用状态(即在vmap_area_root为根的红黑树中和vmap_area_list链表中)，vm有效，指向用于管理虚拟地址和物理页之间的映射关系的描述符
     struct vm_struct *vm;
     struct rcu_head rcu_head;
    };

*  vm\_struct 管理虚拟地址和物理页之间的映射关系

struct vm_struct {
     struct vm_struct *next; //指向下一个vm结构体
     void   *addr; //当前vmalloc区域的虚拟地址的起始地址
     unsigned long  size; //当前vmalloc区域的虚拟地址的大小
     unsigned long  flags;
     //vamlloc分配获取的各个物理页面并是不连续的，每个物理页面用struct page描述，一个vm_struct对用到的管理所有物理页面的struct page构成一个数组，而pages就是指向这个数组的指针。
     struct page  **pages;
     unsigned int  nr_pages; //vmalloc映射的page数目
     phys_addr_t  phys_addr; //用来映射硬件设备的IO共享内存，其他情况下为0
     const void  *caller; //调用vmalloc函数的函数的地址
    };

![c29d33a9b49c6f0aa2988d736f2ba05c.png][]

## vmalloc ##

主要分以下三步：

1.  从VMALLOC\_START到VMALLOC\_END查找空闲的虚拟地址空间(hole)
2.  根据分配的size,调用alloc\_page依次分配单个页面.
3.  把分配的单个页面，映射到第一步中找到的连续的虚拟地址。把分配的单个页面，映射到第一步中找到的连续的虚拟地址。

![ba91671a0722a63484b4698a91279917.png][]

![虚线阴影分割线][58336573eb9dc60445f9c27868c9a684.png]

![3095ba57f042f7cdec1893b09a8526fb.png][]

5T技术资源大放送！包括但不限于：C/C++，Arm, Linux，Android，人工智能，单片机，树莓派，等等。在公众号内回复「peter」，即可免费获取！！

![cd6f2e6f0a3ca971d77c5cce07157a84.gif][] **记得点击****分享****、****赞****和****在看****，给我充点儿电吧**

[885236096140bbba3b1d02620559dd11.png]: /images/20221022/d20af92d47ca42bab76cae00e02aa966.png
[a88996e7f83d2b9480b156f193552489.png]: /images/20221022/00959b7b013d4dd2a1e948a2a8240979.png
[c29d33a9b49c6f0aa2988d736f2ba05c.png]: /images/20221022/b7cb8fe06dc9400589f27176432d97ca.png
[ba91671a0722a63484b4698a91279917.png]: /images/20221022/0b5d9aa37b7c4231931837c596cb912d.png
[58336573eb9dc60445f9c27868c9a684.png]: /images/20221022/922e5246447d49658f056c7b2c29422d.png
[3095ba57f042f7cdec1893b09a8526fb.png]: /images/20221022/2348a2e311be40cb8080fb24c2017422.png
[cd6f2e6f0a3ca971d77c5cce07157a84.gif]: /images/20221022/47173631dcc34fc3a8526aa9ed95c70e.png