本文介绍Linux内核内存分配函数kmalloc。

一、定义

static __always_inline void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags)
{
    if (__builtin_constant_p(size)) {
        if (size > KMALLOC_MAX_CACHE_SIZE)
            return kmalloc_large(size, flags);
#ifndef CONFIG_SLOB
        if (!(flags & GFP_DMA)) {
            int index = kmalloc_index(size);

            if (!index)
                return ZERO_SIZE_PTR;

            return kmem_cache_alloc_trace(kmalloc_caches[index],
                    flags, size);
        }
#endif
    }
    return __kmalloc(size, flags);
}

注：

1）__builtin_constant_p编译器内联函数，判断传入参数是否为常量。如果是变量，直接调用__kmalloc函数。

2）KMALLOC_MAX_CACHE_SIZE表示系统创建slab cache的最大值为8K，定义如下：

## include/linux/slab.h
/* Maximum size for which we actually use a slab cache */
#define KMALLOC_MAX_CACHE_SIZE  (1UL << KMALLOC_SHIFT_HIGH)
#ifdef CONFIG_SLUB
/*
 * SLUB directly allocates requests fitting in to an order-1 page
 * (PAGE_SIZE*2).  Larger requests are passed to the page allocator.
 */
#define KMALLOC_SHIFT_HIGH  (PAGE_SHIFT + 1)
#endif

## arch/arm64/include/asm/page.h 
#define PAGE_SHIFT      CONFIG_ARM64_PAGE_SHIFT

## arch/arm64/Kconfig
config ARM64_PAGE_SHIFT
        int
        default 16 if ARM64_64K_PAGES
        default 14 if ARM64_16K_PAGES
        default 12

RockPI 4A Linux内核使能ARM64_4K_PAGES。可使用命令getconf查看page size，具体如下：

root@linaro-alip:~# getconf PAGESIZE
4096

3）kmalloc一般用于小内存分配，RockPI 4A Linux内核基于slub（CONFIG_SLUB=y）实现。系统先用页分配器分配以页为最小单位的连续物理地址，然后kmalloc在此基础上根据调用者的需要进行切分。如果分配超过KMALLOC_MAX_CACHE_SIZE，则使用kmalloc_large进行大内存分配，即调用页分配器分配内存。（后续仔细学习）

4）kmalloc分配的内存在物理上连续，可用于DMA设备。vmalloc分配的内存是线性地址连续，物理地址不连续，不可用于DMA设备。

二、参数

size：分配内存的大小，以字节为单位；

flags：分配内存的类型，包括：

1）GFP_USER：可能会引起休眠，用于为用户空间分配内存。

2）GFP_KERNEL：可能会引起休眠，用于内核内存正常分配。

3）GFP_ATOMIC：不会引起休眠，可用于中断处理程序中内存分配。

4）GFP_HIGHUSER：从高端内存中分配内存。

5）GFP_DMA：用于DMA内存分配。

6）其它类型见：include/linux/gfp.h

GFP可理解为get free page。

三、返回值

返回分配内存的首地址，是虚拟地址（线性地址）。

四、kfree

正所谓有借有还，再借不难。每次kmalloc，都要有对应的内存释放函数kfree。定义文件：mm/slub.c，如下：

void kfree(const void *x)