Linux内核设备驱动之内存管理笔记整理

我来详细解析一下“Linux内核设备驱动之内存管理笔记整理”的攻略。

概述

本文旨在介绍 Linux 内核设备驱动中的内存管理部分，包括内存的分配、释放、映射等方面，并对常用的内存管理 API 做简单的示例介绍。

内存分配

在 Linux 内核中，内存的分配可以通过kmalloc 和 vmalloc 两个函数实现。

kmalloc

kmalloc 函数可以用于分配固定大小的内存块，它的函数原型如下：

void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags);

其中，size 参数表示要分配的内存大小，flags 参数指定内存分配时的标志位。

示例代码：

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/slab.h>

static int __init kmalloc_init(void)
{
    void *ptr = kmalloc(1024, GFP_KERNEL);

    if (ptr) {
        printk("memory allocation succeed\n");
        kfree(ptr);
        return 0;
    }

    printk("memory allocation failed\n");
    return -ENOMEM;
}

static void __exit kmalloc_exit(void)
{
    printk("kmalloc exit\n");
}

module_init(kmalloc_init);
module_exit(kmalloc_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Author");
MODULE_DESCRIPTION("kmalloc example");

vmalloc

vmalloc 函数可用于分配可变大小的内存块。它的函数原型如下：

void *vmalloc(unsigned long size);

示例代码：

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/vmalloc.h>

static void *ptr = NULL;

static int __init vmalloc_init(void)
{
    ptr = vmalloc(1024 * 1024); //分配1MB的内存

    if (ptr) {
        printk("vmalloc succeeded\n");
        return 0;
    }

    printk("vmalloc failed\n");
    return -ENOMEM;
}

static void __exit vmalloc_exit(void)
{
    if (ptr) {
        vfree(ptr);
        ptr = NULL;
    }

    printk("vmalloc exit\n");
}

module_init(vmalloc_init);
module_exit(vmalloc_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Author");
MODULE_DESCRIPTION("vmalloc example");

内存释放

为了防止内存泄漏，我们在使用完内存后需要将其释放。Linux 内核提供了相应的 API 来释放内存。

kfree

kfree 用于释放 kmalloc 分配的内存，其函数原型如下：

void kfree(const void *objp);

需要注意的是，kfree 只能释放 kmalloc 分配的内存，因此不可用于释放 vmalloc 分配的内存。

vfree

vfree 用于释放 vmalloc 分配的内存，其函数原型如下：

void vfree(const void *addr);

示例代码：

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/vmalloc.h>

static void *ptr = NULL;

static int __init vfree_init(void)
{
    ptr = vmalloc(1024 * 1024);

    if (ptr) {
        printk("vmalloc succeeded\n");
        return 0;
    }

    printk("vmalloc failed\n");
    return -ENOMEM;
}

static void __exit vfree_exit(void)
{
    if (ptr) {
        vfree(ptr);
        ptr = NULL;
    }

    printk("vfree exit\n");
}

module_init(vfree_init);
module_exit(vfree_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Author");
MODULE_DESCRIPTION("vfree example");

内存映射

在 Linux 内核中，内存映射可以通过 ioremap 和 iounmap 两个函数实现。

ioremap

ioremap 用于将设备物理地址映射到内核虚拟地址，使内核可以对硬件进行操作。它的函数原型如下：

void *ioremap(unsigned long phys_addr, unsigned long size);

其中，phys_addr 参数表示设备物理地址，size 参数表示要映射的内存大小。

示例代码：

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/vmalloc.h>
#include <asm/io.h>

static void __iomem *ptr = NULL;

static int __init ioremap_init(void)
{
    ptr = ioremap(0x1234, 1024); //将物理地址0x1234映射到内核地址空间中

    if (ptr) {
        printk("ioremap succeeded\n");
        return 0;
    }

    printk("ioremap failed\n");
    return -ENOMEM;
}

static void __exit ioremap_exit(void)
{
    if (ptr) {
        iounmap(ptr);
        ptr = NULL;
    }

    printk("ioremap exit\n");
}

module_init(ioremap_init);
module_exit(ioremap_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Author");
MODULE_DESCRIPTION("ioremap example");

iounmap

iounmap 用于解除 ioremap 所映射的内存空间，其函数原型如下：

void iounmap(void *addr);

示例代码：

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/vmalloc.h>
#include <asm/io.h>

static void __iomem *ptr = NULL;

static int __init iounmap_init(void)
{
    ptr = ioremap(0x1234, 1024);

    if (ptr) {
        printk("ioremap succeeded\n");
        return 0;
    }

    printk("ioremap failed\n");
    return -ENOMEM;
}

static void __exit iounmap_exit(void)
{
    if (ptr) {
        iounmap(ptr);
        ptr = NULL;
    }

    printk("iounmap exit\n");
}

module_init(iounmap_init);
module_exit(iounmap_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Author");
MODULE_DESCRIPTION("iounmap example");

以上是本文对 Linux 内核设备驱动中的内存管理部分的介绍及相关 API 的示例。