Linux内核中内存相关的操作函数
1、kmalloc()/kfree()
  static __always_inline void *kmalloc(size_t size, gfp_tflags)
  内核空间申请指定⼤⼩的内存区域，返回内核空间虚拟地址。在函数实现中，如果申请的内存空间较⼤的话，会从buddy系统申请若⼲内存页⾯，如果申请的内存空间⼤⼩较⼩的话，会从slab系统中申请内存空间。
  gfp_t flags 的选项较多。参考内核⽂件gfp.h.
  在函数kmalloc()实现中，如果申请的空间较⼩，会根据申请空间的⼤⼩从slab中获取；如果申请的空间较⼤，如超过⼀个页⾯，会直接从buddy系统中获取。
  2、vmalloc()/vfree()
  void *vmalloc(unsigned long size)
  函数作⽤：从⾼端(如果存在，优先从⾼端)申请内存页⾯，并把申请的内存页⾯映射到内核的动态映射
空间。vmalloc()函数的功能和alloc_pages(_GFP_HIGHMEM)+kmap()的功能相似，只所以说是相似⽽不是相同，原因在于⽤vmalloc()申请的物理内存页⾯映射到内核的动态映射区(见下图)，并且，⽤vmalloc()申请的页⾯的物理地址可能是不连续的。⽽alloc_pages(_GFP_HIGHMEM)+kmap()申请的页⾯的物理地址是连续的，被映射到内核的KMAP区。
  vmalloc分配的地址则限于vmalloc_start与vmalloc_end之间。每⼀块vmalloc分配的内核虚拟内存都对应⼀个vm_struct结构体(可别和vm_area_struct搞混，那可是进程虚拟内存区域的结构)，不同的内核虚拟地址被4k⼤⼩的空闲区间隔，以防⽌越界--见下图)。与进程虚拟地址的特性⼀样，这些虚拟地址与物理内存没有简单的位移关系，必须通过内核页表才可转换为物理地址或物理页。它们有可能尚未被映射，在发⽣缺页时才真正分配物理页⾯。
  如果内存紧张，连续区域⽆法满⾜，调⽤vmalloc分配是必须的，因为它可以将物理不连续的空间组合后分配，所以更能满⾜分配要求。vmalloc可以映射⾼端页框，也可以映射底端页框。vmalloc的作⽤只是为了提供逻辑上连续的地址…
  注意：在申请页⾯时，如果注明_GFP_HIGHMEM，即从⾼端申请。则实际是优先从⾼端内存申请，顺序为(分配顺序是
HIGH,NORMAL, DMA )。
  3、alloc_pages()/free_pages()
  内核空间申请指定个数的内存页，内存页数必须是2^order个页。
  alloc_pages(gfp_mask, order) 中，gfp_mask 是flag标志，其中可以为__GFP_DMA、_GFP_HIGHMEM 分别对应DMA和⾼端内存。
  注：该函数基于buddy系统申请内存，申请的内存空间⼤⼩为2^order个内存页⾯。
  参见《linux内核之内存管理。doc》
  通过函数alloc_pages()申请的内存，需要使⽤kmap()函数分配内核的虚拟地址。
  4、__get_free_pages()/__free_pages()
  unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned intorder)
  作⽤相当于alloc_pages(NORMAL)+kmap()，但不能申请⾼端内存页⾯。
  __get_free_page()只申请⼀个页⾯。
  5、kmap()/kunmap()
  返回指定页⾯对应内核空间的虚拟地址。
  #include
  void *kmap(struct page *page);
  void kunmap(struct page *page);
  kmap 为系统中的任何页返回⼀个内核虚拟地址。
  对于低端内存页，它只返回页的逻辑地址;
  对于⾼端内存页， kmap在"内核永久映射空间"中创建⼀个特殊的映射。 这样的映射数⽬是有限，因此最好不要持有过长的时间。
  使⽤ kmap 创建的映射应当使⽤ kunmap 来释放;
  kmap 调⽤维护⼀个计数器， 因此若2个或多个函数都在同⼀个页上调⽤kmap也是允许的。
  通常情况下，"内核永久映射空间"是 4M ⼤⼩，因此仅仅需要⼀个页表即可，内核通过来 pkmap_page_table寻这个页表。
  注意：不⽤时及时释放。
  kmalloc()和vmalloc()相⽐，kmalloc()总是从ZONE_NORMAL(下图中的直接映射区)申请内存。kmalloc()分配的内存空间通常⽤于linux内核的系统数据结构和链表。因内核需要经常访问其数据结构和链表，使⽤固定映射的ZONE_NORMAL空间的内存有利于提⾼效率。
  使⽤vmalloc()可以申请⾮连续的物理内存页，并组成虚拟连续内存空间。vmalloc()优先从⾼端内存(下图中的动态映射区)申请。内核在分配那些不经常使⽤的内存时，都⽤⾼端内存空间(如果有)，所谓不经常使⽤是相对来说的，⽐如内核的⼀些数据结构就属于经常使⽤的，⽽⽤户的⼀些数据就属于不经常使⽤的。
  alloc_pages(_GFP_HIGHMEM)+kmap()⽅式申请的内存使⽤内核永久映射空间(下图中的KMAP区)，空间较⼩(通常4M线性空间)，不⽤时需要及时释放。另外，可以指定alloc_pages()从直接映射区申请内存，需要使⽤_GFP_NORMAL属性指定。
  __get_free_pages()/__free_pages()不能申请⾼端内存页⾯，操作区域和kmalloc()相同(下图中的动态映射区)。
  6、virt_to_page()
  其作⽤是由内核空间的虚拟地址得到页结构。见下⾯的宏定义。
  #define virt_to_pfn(kaddr) (__pa(kaddr) 》 PAGE_SHIFT)
  #define pfn_to_virt(pfn) __va((pfn) 《 PAGE_SHIFT)
  #define virt_to_page(addr)pfn_to_page(virt_to_pfn(addr))
  #define page_to_virt(page)pfn_to_virt(page_to_pfn(page))
  #define __pfn_to_page(pfn) (mem_map + ((pfn) -ARCH_PFN_OFFSET))
  #define __page_to_pfn(page) ((unsigned long)((page) -mem_map) + \
  ARCH_PFN_OFFSET)
  7、物理地址和虚拟地址之间转换
  #ifdef CONFIG_BOOKE
  #define __va(x) ((void *)(unsigned long)((phys_addr_t)(x) +VIRT_PHYS_OFFSET))
  #define __pa(x) ((unsigned long)(x) -VIRT_PHYS_OFFSET)
  #else
  #define __va(x) ((void *)(unsigned long)((phys_addr_t)(x) +PAGE_OFFSET - MEMORY_START))
  #define __pa(x) ((unsigned long)(x) - PAGE_OFFSET +MEMORY_START)
  #endif
  8、ioremap()/iounmap()
  ioremap()的作⽤是把device寄存器和内存的物理地址区域映射到内核虚拟区域，返回值为内核的虚拟地址。
  注明：在内核中操作内存空间时使⽤的都是内核虚拟地址，必须把device的空间映射到内核虚拟空间。
  #include
  void *ioremap(unsigned long phys_addr, unsigned longsize);
  void *ioremap_nocache(unsigned long phys_addr, unsigned longsize); 映射⾮cache的io内存区域
  void iounmap(void * addr);
  为了增加可移植性，最好使⽤下⾯的接⼝函数读写io内存区域，
  unsigned int ioread8(void *addr);
  unsigned int ioread16(void *addr);
  unsigned int ioread32(void *addr);
  void iowrite8(u8 value, void *addr);
  void iowrite16(u16 value, void *addr);
  void iowrite32(u32 value, void *addr);
  如果你必须读和写⼀系列值到⼀个给定的 I/O 内存地址， 你可以使⽤这些函数的重复版本：
  void ioread8_rep(void *addr, void *buf, unsigned longcount);
  void ioread16_rep(void *addr, void *buf, unsigned longcount);
  void ioread32_rep(void *addr, void *buf, unsigned longcount);
  void iowrite8_rep(void *addr, const void *buf, unsigned longcount);
  void iowrite16_rep(void *addr, const void *buf, unsignedlong count);
  void iowrite32_rep(void *addr, const void *buf, unsignedlong count);
  这些函数读或写 count 值从给定的 buf 到 给定的 addr. 注意 count 表达为在被写⼊的数据⼤⼩;ioread32_rep 读取 count 32-位值
从 buf 开始。
  9、request_mem_region()
  本函数的作⽤是：外设的io端⼝映射到io memoryregion中。在本函数实现中会检查输⼊到本函数的参数所描述的空间(下⾯成为本io 空间)是否和io memoryregion中已存在的空间冲突等，并设置本io空间的parent字段等(把本io空间插⼊到io 空间树种)。
write的返回值  注明：io memory region空间中是以树形结构组织的，默认的根为iomem_resource描述的io空间，其name为"PCI mem".
  request_mem_region(start,n,name)输⼊的参数依次是设备的物理地址，字节长度，设备名字。函数返回类型如下
  struct resource {
  resource_size_t start;
  resource_size_t end;
  const char *name;
  unsigned long flags;
  struct resource *parent, *sibling, *child;
  };
  10、SetPageReserved()
  随着linux的长时间运⾏，空闲页⾯会越来越少，为了防⽌linux内核进⼊请求页⾯的僵局中，Linux内核采⽤页⾯回收算法(PFRA)从⽤户进程和内核⾼速缓存中回收内存页框，并根据需要把要回收页框的内容交换到磁盘上的交换区。调⽤该函数可以使页⾯不被交换。
  #define SetPageReserved(page) set_bit(PG_reserved,&(page)->flags)
  PG_reserved 的标志说明如下。
  * PG_reserved is set for special pages, which can never beswapped out. Some
  * of them might not even exist (eg empty_bad_page)…
  11、do_mmap()/do_ummap()
  内核使⽤do_mmap()函数为进程创建⼀个新的线性地址区间。但是说该函数创建了⼀个新VMA并不⾮常准确，因为如果创建的地址区间和⼀个已经存在的地址区间相邻，并且它们具有相同的访问权限的话，那么两个区间将合并为⼀个。如果不能合并，那么就确实需要创建⼀个新的VMA了。但⽆论哪种情况，do_mmap()函数都会将⼀个地址区间加⼊到进程的地址空间中--⽆论是扩展已存在的内存区域还是创建⼀个新的区域。
  同样，释放⼀个内存区域应使⽤函数do_ummap()，它会销毁对应的内存区域。
  12、get_user_pages()
  作⽤是在内核空间获取⽤户空间内存的page 描述，之后可以通过函数kmap() 获取page对应到内核的虚拟地址。
  int get_user_pages(struct task_struct *tsk, struct mm_struct*mm,
  unsigned long start, int len, int write, int force,
  struct page **pages, struct vm_area_struct **vmas)
  参数说明
  参数tsk：指⽰⽤户空间对应进程的task_struct数据结构。只是为了记录错误信息⽤，该参数可以为空。
  参数mm：从该mm struct中获取start 指⽰的若⼲页⾯。
  参数start：参数mm空间的起始地址，即⽤户空间的虚拟地址。
  参数len：需要映射的页数。
  参数write：可以写标志。
  参数force：强制可以写标志。
  参数pages：输出的页数据结构。
  参数vmas：对应的需要存储区，(没有看明⽩对应的代码)
  返回值：数返回实际获取的页数，貌似对每个实际获取的页都是给页计数值增1，如果实际获取的页不等于请求的页，要放弃操作则必须对已获取的页计数值减1.
  13、copy_from_user()和copy_to_user()
  主要应⽤于设备驱动中读写函数中，通过系统调⽤触发，在当前进程上下⽂内核态运⾏(即当前进程通过系统调⽤触发)。
  copy_from_user的⽬的是防⽌⽤户程序欺骗内核，将⼀个⾮法的地址传进去，如果没有它，这⼀⾮法地址就检测不到，内和就会访问这个地址指向的数据。因为在内核中访问任何地址都没有保护，如果不幸访问⼀个错误的内存地址会搞死内核或发⽣更严重的问题
  copy_from_user调⽤了access_ok，所以才有"⾃⼰判断功能"
  access_ok()，可以检查访问的空间是否合法。
  注意：中断代码时不能⽤copy_from_user，因为其调⽤了might_sleep()函数，会导致睡眠。
  unsigned long copy_to_user(void __user *to, const void*from, unsigned long n)
  通常⽤在设备读函数或ioctl中获取参数的函数中：其中"to"是⽤户空间的buffer地址，在本函数中将内核buffer"from"除的n个字节拷贝到⽤户空间的"to"buffer.
  unsigned long copy_from_user(void *to, const void __user*from, unsigned long n)
  通常⽤在设备写函数或ioctl中设置参数的函数中："to"是内核空间的buffer指针，要写⼊的buffer;"from"是⽤户空间的指针，数据源buffer.
  14、get_user(x, ptr)
  本函数的作⽤是获取⽤户空间指定地址的数值并保存到内核变量x中，ptr为⽤户空间的地址。⽤法举例如下。
  get_user(val, (int __user *)arg)
  注明：函数⽤户进程上下⽂内核态，即通常在系统调⽤函数中使⽤该函数。
  15、put_user(x, ptr)
  本函数的作⽤是将内核空间的变量x的数值保存到⽤户空间指定地址处，prt为⽤户空间地址。⽤法举例如下。
  put_user(val, (int __user *)arg)

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