内存分配函数用法小结
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。
