【武汉华嵌】内存分配函数用法小结

whhqkj2012

作者：武汉华嵌技术部



一、用户空间内存分配：malloc、calloc、realloc

1、malloc原型如下：

extern void *malloc(unsigned int num_bytes);

功能：

分配长度为num_bytes字节块。

工作机制：

malloc函数的实质体现在，它有一个将可用的内存块连接为一个长长的列表的所谓空闲链表。调用malloc函数时，它沿连接表寻找一个大到足以满足用户请求所需要的内存块。然后，将该内存块一分为二（一块的大小与用户请求的大小相等，另一块的大小就是剩下的字节）。接下来，将分配给用户的那块内存传给用户，并将剩下的那块（如果有的话）返回到连接表上。



2、calloc原型如下：

void *calloc(unsigned n,unsigned size);

功能：

在内存的动态存储区中分配n个长度为size的连续空间。



3、realloc原型如下：

extern void *realloc(void *mem_address, unsigned int newsize);

功能：

先按照newsize指定的大小分配空间，将原有数据从头到尾拷贝到新分配的内存区域，而后释放原来mem_address所指内存区域，同时返回新分配的内存区域的首地址。即重新分配存储器块的地址。



注意：malloc和calloc的区别：

calloc在动态分配完内存后，自动初始化该内存空间为零，而malloc不初始化，里边数据是随机的垃圾数据。



realloc注意事项：

　　a、realloc失败的时候，返回NULL。

　　b、realloc失败的时候，原来的内存不改变，不会释放也不会移动。

　　c、假如原来的内存后面还有足够多剩余内存的话，realloc的内存等于原来的内存加上剩余内存,realloc还是返回原来内存的地址; 假如原来的内存后面没有足够多剩余内存的话，realloc将申请新的内存，然后把原来的内存数据拷贝到新内存里，原来的内存将被free掉,realloc返回新内存的地址。

　　d、如果size为0，效果等同于free()。

　　e、传递给realloc的指针必须是先前通过malloc(), calloc(), 或realloc()分配的。

f、传递给realloc的指针可以为空，等同于malloc。



以上三者的事例代码如下：

#include <stdio.h>

#include <malloc.h>

#include <string.h>



int main()

{

　　//最好每次内存申请都检查申请是否成功

　　//下面这段仅仅作为演示的代码没有检查

      char *pt1;

      char *pt2;

      char *pt3;

     

      pt1 = (char *)malloc(sizeof(char)*10);

      printf("pt1 = %p\n", pt1);

      //以下可能会输出乱码，说明malloc分配的空间没有被初始化为0

      printf("%s\n", pt1);

      scanf("%s", pt1);

     

      pt2 = (char *)calloc(10，sizeof(char));

      printf("pt2 = %p\n", pt2);

      //以下输出为空，说明calloc分配的空间被初始化为0

      printf("%s\n", pt2);   



      pt3 = (char *)realloc(pt1, sizeof(char)*20);

      printf("pt3 = %p\n", pt3);

      //以下输出pt1中原先的内容。

      printf("%s\n", pt3);



      //以下是释放申请的内存空间

      free(pt2);

      free(pt3);

      return 0;

}



二、内核空间内存分配：kmalloc、vmalloc

       对于提供了MMU（存储管理器，辅助操作系统进行内存管理，提供虚实地址转换等硬件支持）的处理器而言，Linux提供了复杂的存储管理系统，使得进程所能访问的内存达到4GB。

进程的4GB内存空间被人为的分为两个部分--用户空间与内核空间。用户空间地址分布从0到3GB(PAGE_OFFSET，在0x86中它等于0xC0000000)，3GB到4GB为内核空间。

从前面的介绍已经看出，这两个函数所分配的内存都处于内核空间，即从3GB～4GB；但位置不同，kmalloc()分配的内存处于3GB～high_memory之间，这一段内核空间与物理内存的映射一一对应，而vmalloc()分配的内存在vmalloc_start～4GB之间，这一段连续内存区映射到物理内存也可能是非连续的。

   vmalloc()工作方式与kmalloc()类似，其主要差别在于前者分配的物理地址无需连续，而后者确保页在物理上是连续的（虚地址自然也是连续的）。

尽管仅仅在某些情况下才需要物理上连续的内存块，但是，很多内核代码都调用kmalloc()，而不是用vmalloc()获得内存。这主要是出于性能的考虑。vmalloc()函数为了把物理上不连续的页面转换为虚拟地址空间上连续的页，必须专门建立页表项。还有，通过vmalloc()获得的页必须一个一个的进行映射（因为它们物理上不是连续的），这就会导致比直接内存映射大得多的缓冲区刷新。因为这些原因，vmalloc()仅在绝对必要时才会使用——典型的就是为了获得大块内存时，例如，当模块被动态插入到内核中时，就把模块装载到由vmalloc()分配的内存上。

kamlloc函数原型：

#include<linux/slab.h>

void *kmalloc(size_t size, int flags);

(1)第一个参数是要分配的块的大小

(2)第二个参数是分配标志（flags），他提供了多种kmalloc的行为。



vamlloc函数原型：

#include <linux/vmalloc.h>
void *vmalloc(unsigned long size);

(1)第一个参数是要分配的块的大小



我们用下面的程序来演示kmalloc和vmalloc的区别：

#include <linux/module.h>

#include <linux/slab.h>

#include <linux/vmalloc.h>

MODULE_LICENSE("GPL");

unsigned char *kmallocmem;

unsigned char *vmallocmem;

int __init mem_module_init(void)

{

　　//最好每次内存申请都检查申请是否成功

　　//下面这段仅仅作为演示的代码没有检查

　　kmallocmem = (unsigned char*)kmalloc(100, 0);

　　printk("<1>kmallocmem addr=%x", kmallocmem);

　　vmallocmem = (unsigned char*)vmalloc(1000000);

　　printk("<1>vmallocmem addr=%x", vmallocmem);

　　return 0;

}

void __exit mem_module_exit(void)

{

　　kfree(kmallocmem);

　　vfree(vmallocmem);

}

module_init(mem_module_init);

module_exit(mem_module_exit);



总结：

a、kmalloc和vmalloc分配的是内核的内存,malloc分配的是用户的内存。

b、kmalloc保证分配的内存在物理上是连续的, kmalloc()分配的内存在0xBFFFFFFF－0xFFFFFFFF以上的内存中，driver一般是用它来完成对DS的分配，更适合于类似设备驱动的程序来使用。

c、vmalloc保证的是在虚拟地址空间上的连续，vmalloc()则是位于物理地址非连续，虚地址连续区，起始位置由VMALLOL_START来决定，一般作为交换区、模块的分配。

d、kmalloc能分配的大小有限,vmalloc和malloc能分配的大小相对较大（因为vmalloc还可以处理交换空间）。

e、内存只有在要被DMA访问的时候才需要物理上连续，vmalloc比kmalloc要慢。

f、vmalloc使用的正确场合是分配一大块，连续的，只在软件中存在的，用于缓冲的内存区域。不能在微处理器之外使用。

g、vmalloc 中调用了kmalloc （GFP—KERNEL），因此也不能应用于原子上下文。

hkmalloc和kfree管理内核段内分配的内存，这是真实地址已知的实际物理内存块。

i、vmalloc对应于vfree，分配连续的虚拟内存，但是物理上不一定连续。

j、kmalloc分配内存是基于slab，因此slab的一些特性包括着色，对齐等都具备，性能较好。物理地址和逻辑地址都是连续的。


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