我們都知道在用戶空間動態申請內存用的函數是 malloc()，這個函數在各種操作系統上的使用是一致的，對應的用戶空間內存釋放函數是 free()。注意：動態申請的內存使用完后必須要釋放，否則會造成內存泄漏，如果內存泄漏發生在內核空間，則會造成系統崩潰。

那么，在內核空間中如何申請內存呢？一般我們會用到 kmalloc()、kzalloc()、vmalloc() 等，下面我們介紹一下這些函數的使用以及它們之間的區別。

kmalloc()

函數原型：

void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags)；

kmalloc() 申請的內存位于物理內存映射區域，而且在物理上也是連續的，它們與真實的物理地址只有一個固定的偏移，因為存在較簡單的轉換關系，所以對申請的內存大小有限制，不能超過128KB。

較常用的 flags（分配內存的方法）：

GFP_ATOMIC —— 分配內存的過程是一個原子過程，分配內存的過程不會被（高優先級進程或中斷）打斷；

GFP_KERNEL —— 正常分配內存；

GFP_DMA —— 給 DMA 控制器分配內存，需要使用該標志（DMA要求分配虛擬地址和物理地址連續）。

flags 的參考用法：

|– 進程上下文，可以睡眠GFP_KERNEL |– 進程上下文，不可以睡眠GFP_ATOMIC ||– 中斷處理程序GFP_ATOMIC ||– 軟中斷GFP_ATOMIC ||– TaskletGFP_ATOMIC |– 用于DMA的內存，可以睡眠GFP_DMA | GFP_KERNEL |– 用于DMA的內存，不可以睡眠GFP_DMA |GFP_ATOMIC

對應的內存釋放函數為：

void kfree(const void *objp);

kzalloc()

kzalloc() 函數與 kmalloc() 非常相似，參數及返回值是一樣的，可以說是前者是后者的一個變種，因為 kzalloc() 實際上只是額外附加了__GFP_ZERO標志。所以它除了申請內核內存外，還會對申請到的內存內容清零。

/** * kzalloc - allocate memory. The memory is set to zero. * @size: how many bytes of memory are required. * @flags: the type of memory to allocate (see kmalloc). */static inline void *kzalloc(size_t size, gfp_t flags){    return kmalloc(size, flags | __GFP_ZERO);}

kzalloc() 對應的內存釋放函數也是 kfree()。

vmalloc()

函數原型：

void *vmalloc(unsigned long size);

vmalloc() 函數則會在虛擬內存空間給出一塊連續的內存區，但這片連續的虛擬內存在物理內存中并不一定連續。由于 vmalloc() 沒有保證申請到的是連續的物理內存，因此對申請的內存大小沒有限制，如果需要申請較大的內存空間就需要用此函數了。

對應的內存釋放函數為：

void vfree(const void *addr);

注意：vmalloc() 和 vfree() 可以睡眠，因此不能從中斷上下文調用。

總結

kmalloc()、kzalloc()、vmalloc() 的共同特點是：

用于申請內核空間的內存；

內存以字節為單位進行分配；

所分配的內存虛擬地址上連續；

kmalloc()、kzalloc()、vmalloc() 的區別是：

kzalloc 是強制清零的 kmalloc 操作；（以下描述不區分 kmalloc 和 kzalloc）

kmalloc 分配的內存大小有限制（128KB），而 vmalloc 沒有限制；

kmalloc 可以保證分配的內存物理地址是連續的，但是 vmalloc 不能保證；

kmalloc 分配內存的過程可以是原子過程（使用 GFP_ATOMIC），而 vmalloc 分配內存時則可能產生阻塞；

kmalloc 分配內存的開銷小，因此 kmalloc 比 vmalloc 要快；

一般情況下，內存只有在要被 DMA 訪問的時候才需要物理上連續，但為了性能上的考慮，內核中一般使用 kmalloc()，而只有在需要獲得大塊內存時才使用 vmalloc()。例如，當模塊被動態加載到內核當中時，就把模塊裝載到由 vmalloc() 分配的內存上。

審核編輯：符乾江