1. 概述

本文主要分析kmalloc接口申请内存的大小情况，用于记录kmalloc分配内存的过程。

内核版本：Linux 4.9

2.分析记录

针对kmalloc最大能申请多少内存，网上众说纷纭，意见各不相同，因此最终决定自己针对源码分析，记录如下：

首先看kmalloc()函数实现，在include/linux/slab.h中，代码如下：

#ifdef CONFIG_SLAB
/** The largest kmalloc size supported by the SLAB allocators is* 32 megabyte (2^25) or the maximum allocatable page order if that is* less than 32 MB.** WARNING: Its not easy to increase this value since the allocators have* to do various tricks to work around compiler limitations in order to* ensure proper constant folding.*/
#define KMALLOC_SHIFT_HIGH  ((MAX_ORDER + PAGE_SHIFT - 1) <= 25 ? \(MAX_ORDER + PAGE_SHIFT - 1) : 25)
#define KMALLOC_SHIFT_MAX   KMALLOC_SHIFT_HIGH
#ifndef KMALLOC_SHIFT_LOW
#define KMALLOC_SHIFT_LOW   5
#endif
#endif#ifdef CONFIG_SLUB
/** SLUB directly allocates requests fitting in to an order-1 page* (PAGE_SIZE*2).  Larger requests are passed to the page allocator.*/
#define KMALLOC_SHIFT_HIGH  (PAGE_SHIFT + 1)
#define KMALLOC_SHIFT_MAX   (MAX_ORDER + PAGE_SHIFT - 1)
#ifndef KMALLOC_SHIFT_LOW
#define KMALLOC_SHIFT_LOW   3
#endif
#endif#ifdef CONFIG_SLOB
/** SLOB passes all requests larger than one page to the page allocator.* No kmalloc array is necessary since objects of different sizes can* be allocated from the same page.*/
#define KMALLOC_SHIFT_HIGH  PAGE_SHIFT
#define KMALLOC_SHIFT_MAX   (MAX_ORDER + PAGE_SHIFT - 1)
#ifndef KMALLOC_SHIFT_LOW
#define KMALLOC_SHIFT_LOW   3
#endif
#endif/* Maximum allocatable size */
#define KMALLOC_MAX_SIZE    (1UL << KMALLOC_SHIFT_MAX)
/* Maximum size for which we actually use a slab cache */
#define KMALLOC_MAX_CACHE_SIZE  (1UL << KMALLOC_SHIFT_HIGH)
/* Maximum order allocatable via the slab allocagtor */
#define KMALLOC_MAX_ORDER   (KMALLOC_SHIFT_MAX - PAGE_SHIFT)static __always_inline void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags)
{if (__builtin_constant_p(size)) {if (size > KMALLOC_MAX_CACHE_SIZE)return kmalloc_large(size, flags);
#ifndef CONFIG_SLOBif (!(flags & GFP_DMA)) {int index = kmalloc_index(size);if (!index)return ZERO_SIZE_PTR;return kmem_cache_alloc_trace(kmalloc_caches[index],flags, size);}
#endif}return __kmalloc(size, flags);
}

其中__builtin_constant_p()是编译器内函数，用于判断传入的参数是否为常量，因此动态分配内存一般不会进入该if分支，重点分析__kmalloc()实现即可。

__kmalloc()实现分三种情况，一种是slab，一种是slub，最后一种是slob，其实现分别如下：

2.1 slab的kmalloc()


static __always_inline void *__do_kmalloc(size_t size, gfp_t flags,unsigned long caller)
{struct kmem_cache *cachep;void *ret;if (unlikely(size > KMALLOC_MAX_CACHE_SIZE))return NULL;cachep = kmalloc_slab(size, flags);if (unlikely(ZERO_OR_NULL_PTR(cachep)))return cachep;ret = slab_alloc(cachep, flags, caller);kasan_kmalloc(cachep, ret, size, flags);trace_kmalloc(caller, ret,size, cachep->size, flags);return ret;
}void *__kmalloc(size_t size, gfp_t flags)
{return __do_kmalloc(size, flags, _RET_IP_);
}
EXPORT_SYMBOL(__kmalloc);

当Linux系统配置的内存管理器为slab时，如果分配的内存大于KMALLOC_MAX_CACHE_SIZE，就直接返回NULL，因此支持slab分配器的系统，kmalloc()分配的内存不能超过KMALLOC_MAX_CACHE_SIZE，该宏的计算见include/linux/slab.h。

当MAX_ORDER=11，PAGE_SHIFT=12(4kB)时，KMALLOC_MAX_CACHE_SIZE算出来是4MB，说明支持slab的系统，通过kmalloc()最大申请的内存不能超过4M。

但该值是跟随CONFIG_FORCE_MAX_ZONEORDER配置项和PAGE_SHIFT这两个宏决定。因此具体还需要看系统中这两个宏的值。

2.2 slub的kmalloc()

//mm/slub.c
void *__kmalloc(size_t size, gfp_t flags)
{struct kmem_cache *s;void *ret;if (unlikely(size > KMALLOC_MAX_CACHE_SIZE))return kmalloc_large(size, flags);s = kmalloc_slab(size, flags);if (unlikely(ZERO_OR_NULL_PTR(s)))return s;ret = slab_alloc(s, flags, _RET_IP_);trace_kmalloc(_RET_IP_, ret, size, s->size, flags);kasan_kmalloc(s, ret, size, flags);return ret;
}
EXPORT_SYMBOL(__kmalloc);

//mm/slab_common.c
void *kmalloc_order(size_t size, gfp_t flags, unsigned int order)
{void *ret;struct page *page;flags |= __GFP_COMP;page = alloc_pages(flags, order);ret = page ? page_address(page) : NULL;kmemleak_alloc(ret, size, 1, flags);kasan_kmalloc_large(ret, size, flags);return ret;
}
EXPORT_SYMBOL(kmalloc_order);

当Linux系统配置的内存管理器为slub时，如果分配的内存大于KMALLOC_MAX_CACHE_SIZE，就通过kmalloc_large()接口分配内存，最终会调用到kmalloc_order()函数，该函数直接从buddy子系统分配pages。因此只要系统上内存足够，就可以分配出足够大的内存，只是该内存不是属于slub管理器管理的对象而已。

系统支持slub内存管理器，KMALLOC_MAX_CACHE_SIZE宏的值只和PAGE_SHIFT有关，当PAGE_SHIFT=12时，KMALLOC_MAX_CACHE_SIZE算出来是8kB

2.3 slob的kmalloc()

//mm/slob.cstatic __always_inline void *
__do_kmalloc_node(size_t size, gfp_t gfp, int node, unsigned long caller)
{unsigned int *m;int align = max_t(size_t, ARCH_KMALLOC_MINALIGN, ARCH_SLAB_MINALIGN);void *ret;gfp &= gfp_allowed_mask;lockdep_trace_alloc(gfp);if (size < PAGE_SIZE - align) {if (!size)return ZERO_SIZE_PTR;m = slob_alloc(size + align, gfp, align, node);if (!m)return NULL;*m = size;ret = (void *)m + align;trace_kmalloc_node(caller, ret,size, size + align, gfp, node);} else {unsigned int order = get_order(size);if (likely(order))gfp |= __GFP_COMP;ret = slob_new_pages(gfp, order, node);trace_kmalloc_node(caller, ret,size, PAGE_SIZE << order, gfp, node);}kmemleak_alloc(ret, size, 1, gfp);return ret;
}void *__kmalloc(size_t size, gfp_t gfp)
{return __do_kmalloc_node(size, gfp, NUMA_NO_NODE, _RET_IP_);
}
EXPORT_SYMBOL(__kmalloc);

当Linux系统配置的内存管理器为slob时，如果分配的内存大于PAGE_SIZE，就会从buddy子系统分配pages。因此只要系统上内存足够，就可以分配出足够大的内存。

3.结论

综上所述，kmalloc()能分配多大内存，是依赖系统的配置决定。

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