3.6. scull 的内存使用

在介绍读写操作前, 我们最好看看如何以及为什么 scull 进行内存分配. "如何"是需要全面理解代码, "为什么"演示了驱动编写者需要做的选择, 尽管 scull 明确地不是典型设备.

本节只处理 scull 中的内存分配策略, 不展示给你编写真正驱动需要的硬件管理技能. 这些技能在第 9 章和第 10 章介绍. 因此, 你可跳过本章, 如果你不感兴趣于理解面向内存的 scull 驱动的内部工作.

scull 使用的内存区, 也称为一个设备, 长度可变. 你写的越多, 它增长越多; 通过使用一个短文件覆盖设备来进行修整.

scull 驱动引入 2 个核心函数来管理 Linux 内核中的内存. 这些函数, 定义在 <linux/slab.h>, 是:

void *kmalloc(size_t size, int flags); 
void kfree(void *ptr);

对 kmalloc 的调用试图分配 size 字节的内存; 返回值是指向那个内存的指针或者如果分配失败为NULL. flags 参数用来描述内存应当如何分配; 我们在第 8 章详细查看这些标志. 对于现在, 我们一直使用 GFP_KERNEL. 分配的内存应当用 kfree 来释放. 你应当从不传递任何不是从 kmalloc 获得的东西给 kfree. 但是, 传递一个 NULL 指针给 kfree 是合法的.

kmalloc 不是最有效的分配大内存区的方法(见第 8 章), 所以挑选给 scull 的实现不是一个特别巧妙的. 一个巧妙的源码实现可能更难阅读, 而本节的目标是展示读和写, 不是内存管理. 这是为什么代码只是使用 kmalloc 和 kfree 而不依靠整页的分配, 尽管这个方法会更有效.

在 flip 一边, 我们不想限制"设备"区的大小, 由于理论上的和实践上的理由. 理论上, 给在被管理的数据项施加武断的限制总是个坏想法. 实践上, scull 可用来暂时地吃光你系统中的内存, 以便运行在低内存条件下的测试. 运行这样的测试可能会帮助你理解系统的内部. 你可以使用命令 cp /dev/zero /dev/scull0 来用 scull 吃掉所有的真实 RAM, 并且你可以使用 dd 工具来选择贝多少数据给 scull 设备.

在 scull, 每个设备是一个指针链表, 每个都指向一个 scull_dev 结构. 每个这样的结构, 缺省地, 指向最多 4 兆字节, 通过一个中间指针数组. 发行代码使用一个 1000 个指针的数组指向每个 4000 字节的区域. 我们称每个内存区域为一个量子, 数组(或者它的长度) 为一个量子集. 一个 scull 设备和它的内存区如图一个 scull 设备的布局所示.

图 3.1. 一个 scull 设备的布局