Linux 内核基础统简全解:Kbuild、内存分配和地址映射


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Linux 内核基础统简全解:Kbuild、内存分配和地址映射

Linux 内核基础知识似乎分散,但其实只要理清基本概念和应用场景,就能从完整结构观得到进程、内存、构建等多个角度的组合结果。本文将进行一段精简且全面的分析,实现概念 + 分析 + 示意图的组合,方便理解和记录。


一、Kbuild 是什么?

Kbuild 是 Linux 内核中用于描述每个相关源码目录应该怎样装配、编译和打包成内核或模块的组建机制。

虽然每个子目录中的文件名为 Makefile,但其内容采用的是 Kbuild 特有语法 ,与传统 GNU Make 不同,因此通称为 Kbuild 文件

Kbuild 基础用法

语法写法 含义
obj-y += foo.o 内存编译,装入核心
obj-m += bar.o 编译为模块 bar.ko
foo-objs := a.o b.o foo.o 由多个完成单元构成
obj-$(CONFIG_XXX) += z.o 根据 Kconfig 选项条件编译

示例:

make 复制代码
obj-$(CONFIG_MYDEV) += mydriver.o
mydriver-objs := main.o helper.o
  • 当配置中启用 CONFIG_MYDEV,则构建模块 mydriver.ko
  • 该模块由 main.chelper.c 构成

构建进程流程图

复制代码
make menuconfig
     ↓
生成 .config 含 CONFIG_XXX
     ↓
项目核心 Makefile 分析
     ↓
递归读取各目录 Makefile (Kbuild)
     ↓
构建 .o / .ko 相应目标

二、kmalloc 和 vmalloc 有什么区别?

对比项 kmalloc vmalloc
虚拟地址是否连续
物理地址是否连续 是 (DMA 选择) 否 (paged memory)
性能 高,直接映射 较低,页表查找、TLB 影响
配置大小 小(如 <1MB) 可以配置大块内存 (四级 MB)
通用场景 控制块,快速切换区块 大存储区,如图像 buffer 、清洗区

示意图:

复制代码
kmalloc:
 [虚拟地址] 连续
 [物理地址] 连续

vmalloc:
 [虚拟地址] 连续
 [物理地址] 分散

三、什么是"直接映射区"?和"低端内存"有关吗?

概念

  • 直接映射区:一段内核虚拟地址空间,对应于物理内存的线性映射,无页表转换,直接可用
  • 低端内存:指可被直接映射区映射的部分物理内存,通常是前 896MB

使用场景

  • virt_to_phys() 只能转换直接映射区内存
  • kmalloc 得到的地址在直接映射区,因此能做 DMA

四、用户端请求的内存是否需要内核端重新分配?

答:不需要内核端重新分配 ,内核仅通过 页表将用户虚拟地址映射到物理页并创建映射关系即可

示意图

复制代码
用户地址   →    页表映射    →     物理页
    malloc()                     内核分配               不需内核地址

五、代码运行时在内存中被分到哪些段?

段名 内容
.text 程序代码区域
.data 已初始化全局变量
.bss 未初始化全局变量
.rodata 常量数据(如字符串)
heap 动态分配的 malloc 区
stack 层级调用、局部变量

六、Kconfig 中的 selectdepends on 有什么区别?

语法 含义
depends on A 表示依赖,A 未选则本项不可选
select A 强制选中,选择本项时会自动启用 A,但 不检查 A 依赖

示意示例

kconfig 复制代码
config FOO
    bool "Enable FOO"
    depends on BAR
    select BAZ
  • 表示:只有 BAR=y 时才能选 FOO
  • 选 FOO 时会强制选择 BAZ

如需可以继续扩展:

  • 全套 Kbuild 子目录结构分析
  • Kbuild 和 Kconfig 实际使用连动
  • 内核地址映射和页表架构运行图

如需我可以为你生成配套实例、导图或按章节列表。


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