В чем разница между vmalloc и kmalloc?

Каковы преимущества непрерывного блока памяти? В частности, зачем мне иметь непрерывный физический блок памяти в системном вызове? Есть ли причина, по которой я не могу просто использовать vmalloc?

Из Google "Мне повезет" на vmalloc:

kmalloc - предпочтительный способ, если вам не нужны очень большие области. Проблема в том, что если вы хотите выполнять DMA с / на какое-то аппаратное устройство, вам нужно использовать kmalloc, и вам, вероятно, понадобится больший кусок. Решение состоит в том, чтобы выделить память как можно скорее, прежде чем память становится фрагментированной.

Краткий ответ: скачайте Драйверы устройств Linux и прочтите главу об управлении памятью.

Серьезно, есть много тонких проблем, связанных с управлением памятью ядра, которые вам нужно понять - я трачу много времени на отладку проблем с этим.

vmalloc () используется очень редко, потому что ядро ​​редко использует виртуальную память. kmalloc () - это то, что обычно используется, но вы должны знать, каковы последствия различных флагов, и вам нужна стратегия для того, чтобы справиться с тем, что происходит, когда он терпит неудачу, особенно если вы находитесь в обработчике прерывания, как вы предложили.

Вам нужно только беспокоиться об использовании физически непрерывной памяти, если к буферу будет обращаться устройство DMA на шине с физическим адресом (например, PCI). Проблема в том, что многие системные вызовы не имеют возможности узнать, будет ли их буфер в конечном итоге передан на устройство DMA: как только вы передаете буфер в другую подсистему ядра, вы действительно не можете знать, куда он собирается. Даже если ядро ​​не использует буфер для DMA сегодня,, это может быть сделано в будущих разработках.

vmalloc часто работает медленнее, чем kmalloc, потому что может потребоваться переназначить буферное пространство в практически непрерывный диапазон. kmalloc никогда не переназначается, хотя, если не вызывается с GFP_ATOMIC, kmalloc может блокироваться.

kmalloc ограничен размером буфера, который он может предоставить: 128 КБайт^*). Если вам нужен действительно большой буфер, вы должны использовать vmalloc или какой-либо другой механизм, например резервирование верхней памяти при загрузке.

^*)This was true of earlier kernels. On recent kernels (I tested this on 2.6.33.2), max size of a single kmalloc is up to 4 MB! (I wrote a fairly detailed post on this.) — kaiwan

Для системного вызова вам не нужно передавать GFP_ATOMIC в kmalloc (), вы можете использовать GFP_KERNEL. Вы не обработчик прерывания: код приложения входит в контекст ядра с помощью ловушки, это не прерывание.

Еще одно отличие - kmalloc вернет логический адрес (иначе вы укажете GPF_HIGHMEM). Логические адреса помещаются в «малую память» (в первый гигабайт физической памяти) и сопоставляются непосредственно с физическими адресами (используйте макрос __pa для его преобразования). Это свойство подразумевает, что выделенная память является непрерывной памятью.

С другой стороны, Vmalloc может возвращать виртуальные адреса из «верхней памяти». Эти адреса нельзя преобразовать в физические адреса напрямую (необходимо использовать функцию virt_to_page).

Роберт Лав «Разработка ядра Linux» (глава 12, стр. 244 в 3-м издании) дает очень четкий ответ на этот вопрос.

Да, во многих случаях физически непрерывная память не требуется. Основная причина того, что kmalloc используется в ядре больше, чем vmalloc, - это производительность. В книге объясняется, что когда большие фрагменты памяти выделяются с помощью vmalloc, ядро ​​должно отображать физически несмежные фрагменты (страницы) в единую непрерывную область виртуальной памяти. Поскольку память практически непрерывна и физически не непрерывна, в таблицу страниц необходимо добавить несколько отображений виртуальных адресов в физические. И в худшем случае в таблицу страниц будет добавлено (размер буфера / размер страницы) отображений.

Это также увеличивает нагрузку на TLB (записи кэша, хранящие недавние сопоставления виртуальных адресов с физическими) при доступе к этому буферу. Это может привести к взбучка.

Функции kmalloc() и vmalloc() представляют собой простой интерфейс для получения памяти ядра в виде блоков размером в байты.

1. Функция kmalloc() гарантирует, что страницы физически непрерывны (и практически непрерывны).

2. Функция vmalloc() работает аналогично kmalloc(), за исключением того, что она выделяет память, которая является практически непрерывной и не обязательно физически непрерывной.

В 32-битной системе kmalloc () возвращает логический адрес ядра (хотя это виртуальный адрес), который имеет прямое отображение (фактически с постоянным смещением) на физический адрес. Это прямое сопоставление гарантирует, что мы получим непрерывный физический фрагмент ОЗУ. Подходит для DMA, где мы даем только начальный указатель и после этого ожидаем непрерывное физическое отображение для нашей операции.

vmalloc () возвращает виртуальный адрес ядра, который, в свою очередь, может не иметь непрерывного отображения в физической ОЗУ. Полезно для выделения большого объема памяти и в тех случаях, когда нас не волнует, что память, выделенная нашему процессу, является непрерывной также в физической ОЗУ.

Короче говоря, vmalloc и kmalloc могут исправить фрагментацию. vmalloc использует отображение памяти для исправления внешней фрагментации; kmalloc использует slab для исправления внутренней фрагментации. Как бы то ни было, kmalloc имеет много других преимуществ.