[务必收藏] Linux用户空间和内核空间所有15种内存分配方法总结

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在Linux操作系统中，内存管理是一个关键的系统功能。用户空间和内核空间分别使用不同的函数来申请内存。以下是用户空间和内核空间内存申请函数的详细列表：

Linux用户空间内存申请函数

1. malloc() 函数：

void* malloc(size_t size);

用于在堆区分配一块指定大小的内存空间。如果成功分配，返回一个指向这块内存的指针；否则，返回`NULL`。

2. calloc() 函数：

void* calloc(size_t num, size_t size);

分配并初始化为0的一块连续内存空间。它会为`num`个大小为`size`的对象分配内存，并将所有字节初始化为0。

3. realloc() 函数：

void* realloc(void* ptr, size_t new_size);

改变之前通过`malloc()`或`calloc()`等函数分配的内存块的大小。它可以扩大或缩小已分配的内存区域。如果内存无法重新分配，则返回`NULL`，原有的内存区域保持不变。

4. alloca() 函数（非标准库函数，某些编译器支持）：

void* alloca(size_t size);

在栈上动态分配内存。它的优点是不需要手动释放，但缺点是可能导致栈溢出。

5. 使用静态存储区：

在程序开始时就为其分配了内存，由编译器自动管理，生命周期从程序开始到结束。

6. 使用全局变量和局部静态变量：

全局变量在整个程序运行期间都存在，而局部静态变量只在声明它们的函数或代码块退出后才被销毁。

请注意，在使用这些函数分配内存之后，必须确保在不再需要该内存时调用相应的内存释放函数来释放它，以避免内存泄漏。对于`malloc()`、`calloc()`和`realloc()`分配的内存，应使用`free()`函数进行释放。

Linux内核空间内存申请函数

1. kmalloc() 函数：

void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags);

分配指定大小的连续物理内存块，并返回指向该内存块的指针。`flags`参数用于控制内存分配的行为和特性。

2. vmalloc() 函数：

void *vmalloc(unsigned long size);

分配虚拟内存，而不是连续的物理内存。分配的内存可能分布在多个物理页面上，但对进程来说是连续的。

3. get_free_pages()和 __get_free_page()函数：

unsigned long get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order);

unsigned long __get_free_page(gfp_t gfp_mask);

这两个函数分别用于分配特定数量的连续物理页（以2的幂为单位）和单个物理页。`order`参数表示需要多少个连续的页，例如`order=0`代表一页。

4. alloc_pages(), __alloc_pages():

struct page *alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order);

struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order);

与`get_free_pages()`类似，这些函数用于分配一组连续的物理页，但它们返回一个指向`struct page`结构体的指针列表。

5. alloc_page(), __alloc_page():

struct page *alloc_page(gfp_t gfp_mask);

struct page *__alloc_page(gfp_t gfp_mask);

分配一个单独的物理页，返回一个指向`struct page`的指针。

6. dma_alloc_coherent():

void *dma_alloc_coherent(struct device *dev, size_t size, dma_addr_t *dma_handle, gfp_t flag);

在设备映射区域分配一块连续的物理内存，以便于DMA传输。分配的内存对于处理器来说是可直接访问的，并且确保不会被内核抢占或迁移。

7. kzalloc():

void *kzalloc(size_t size, gfp_t flags);

类似于`kmalloc()`，但在分配内存后将其所有字节初始化为0。

8. kfree():

void kfree(const void *ptr);

释放通过上述内核内存分配函数分配的内存。

9. 其他特殊的内存分配函数

如`page_frag_cache()`、`__get_dma_pages()`等，用于满足特定场景的需求。

请注意，在使用这些函数时，应根据具体需求选择适当的内存分配函数，并遵循正确的使用规则，避免内存泄漏或其他问题。