struct vm_struct {    struct vm_struct    *next;----------下一个vm。    void            *addr;--------------指向第一个内存单元虚拟地址    unsigned long        size;----------该内存区对应的大小    unsigned long        flags;---------vm标志位，如下。    struct page        **pages;---------指向页面没描述符的指针数组    unsigned int        nr_pages;-------vmalloc映射的page数目    phys_addr_t        phys_addr;-------用来映射硬件设备的IO共享内存，其他情况下为0    const void        *caller;----------调用vmalloc类函数的返回地址};

/* bits in flags of vmalloc's vm_struct below */#define VM_IOREMAP        0x00000001    /* ioremap() and friends */#define VM_ALLOC        0x00000002    /* vmalloc() */#define VM_MAP            0x00000004    /* vmap()ed pages */#define VM_USERMAP        0x00000008    /* suitable for remap_vmalloc_range */#define VM_VPAGES        0x00000010    /* buffer for pages was vmalloc'ed */#define VM_UNINITIALIZED    0x00000020    /* vm_struct is not fully initialized */#define VM_NO_GUARD        0x00000040      /* don't add guard page */#define VM_KASAN        0x00000080      /* has allocated kasan shadow memory */

struct vmap_area {    unsigned long va_start;--------------malloc区的起始地址    unsigned long va_end;----------------malloc区的结束地址    unsigned long flags;-----------------类型标识    struct rb_node rb_node;         /* address sorted rbtree */----按地址的红黑树    struct list_head list;          /* address sorted list */------按地址的列表    struct list_head purge_list;    /* "lazy purge" list */    struct vm_struct *vm;------------------------------------------指向配对的vm_struct    struct rcu_head rcu_head;};

void *vmalloc(unsignedlong size){    return __vmalloc_node_flags(size, NUMA_NO_NODE,                    GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM);}void *vzalloc(unsignedlong size){    return __vmalloc_node_flags(size, NUMA_NO_NODE,                GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM | __GFP_ZERO);}static void *__vmalloc_node(unsigned long size, unsigned long align,                gfp_t gfp_mask, pgprot_t prot,                int node, const void *caller){    return __vmalloc_node_range(size, align, VMALLOC_START, VMALLOC_END,                gfp_mask, prot, 0, node, caller);}

__vmalloc_node_range----------------vmalloc的核心函数    __get_vm_area_node--------------找到符合大小的空闲vmalloc区域        alloc_vmap_area-------------从vmap_area_root中找到合适的hole，填充vmap_area结构体，并插入到vmap_area_root红黑树中        setup_vmalloc_vm------------将vmap_area的参数填入vm_struct    __vmalloc_area_node-------------计算需要的页面数，分配页面，并创建页表映射关系        alloc_page------------------分配页面        map_vm_area-----------------建立PGD/PTE页表映射关系

void *__vmalloc_node_range(unsigned long size, unsigned long align,            unsigned long start, unsigned long end, gfp_t gfp_mask,            pgprot_t prot, unsigned long vm_flags, int node,            const void *caller){    struct vm_struct *area;    void *addr;    unsigned long real_size = size;    size = PAGE_ALIGN(size);----------------------------------------对地址进行了页对齐，哪怕分配10B大小也分配一页的空间。所以适合大内存分配。    if (!size || (size >> PAGE_SHIFT) > totalram_pages)-------------对size大小进行判断，大于0小于总page数        goto fail;    area = __get_vm_area_node(size, align, VM_ALLOC | VM_UNINITIALIZED |                vm_flags, start, end, node, gfp_mask, caller);------申请并填充vm_struct结构体。    if (!area)        goto fail;    addr = __vmalloc_area_node(area, gfp_mask, prot, node);---------分配内存，建立页面映射关系。    if (!addr)        return NULL;...    /*     * A ref_count = 2 is needed because vm_struct allocated in     * __get_vm_area_node() contains a reference to the virtual address of     * the vmalloc'ed block.     */    kmemleak_alloc(addr, real_size, 2, gfp_mask);-------------------kmemleak记录分配信息    return addr;----------------------------------------------------最后返回vmalloc分配区域的首地址...}

static struct vm_struct *__get_vm_area_node(unsigned long size,        unsigned long align, unsigned long flags, unsigned long start,        unsigned long end, int node, gfp_t gfp_mask, const void *caller){    struct vmap_area *va;    struct vm_struct *area;    BUG_ON(in_interrupt());------------------------------------------------------vmalloc不能中在中断中被调用    if (flags & VM_IOREMAP)        align = 1ul << clamp(fls(size), PAGE_SHIFT, IOREMAP_MAX_ORDER);    size = PAGE_ALIGN(size);-----------------------------------------------------页对齐操作    if (unlikely(!size))        return NULL;    area = kzalloc_node(sizeof(*area), gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK, node);-------分配一个struct vm_struct来描述vmalloc区域    if (unlikely(!area))        return NULL;    if (!(flags & VM_NO_GUARD))        size += PAGE_SIZE;-------------------------------------------------------加一页作为安全区间    va = alloc_vmap_area(size, align, start, end, node, gfp_mask);---------------申请一个vmap_area并将其插入vmap_area_root中。    if (IS_ERR(va)) {        kfree(area);        return NULL;    }    setup_vmalloc_vm(area, va, flags, caller);-----------------------------------填充vmalloc描述符vm_struct area。    return area;}

static struct vmap_area *alloc_vmap_area(unsigned long size,                unsigned long align,                unsigned long vstart, unsigned long vend,                int node, gfp_t gfp_mask){    struct vmap_area *va;    struct rb_node *n;    unsigned long addr;    int purged = 0;    struct vmap_area *first;    BUG_ON(!size);    BUG_ON(size & ~PAGE_MASK);    BUG_ON(!is_power_of_2(align));    va = kmalloc_node(sizeof(struct vmap_area),--------------------分配一个vmap_area结构体            gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK, node);    if (unlikely(!va))        return ERR_PTR(-ENOMEM);    /*     * Only scan the relevant parts containing pointers to other objects     * to avoid false negatives.     */    kmemleak_scan_area(&va->rb_node, SIZE_MAX, gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK);retry:    spin_lock(&vmap_area_lock);    /*     * Invalidate cache if we have more permissive parameters.     * cached_hole_size notes the largest hole noticed _below_     * the vmap_area cached in free_vmap_cache: if size fits     * into that hole, we want to scan from vstart to reuse     * the hole instead of allocating above free_vmap_cache.     * Note that __free_vmap_area may update free_vmap_cache     * without updating cached_hole_size or cached_align.     */    if (!free_vmap_cache ||            size < cached_hole_size ||            vstart < cached_vstart ||            align < cached_align) {nocache:        cached_hole_size = 0;        free_vmap_cache = NULL;    }    /* record if we encounter less permissive parameters */    cached_vstart = vstart;    cached_align = align;    /* find starting point for our search */    if (free_vmap_cache) {        first = rb_entry(free_vmap_cache, struct vmap_area, rb_node);        addr = ALIGN(first->va_end, align);        if (addr < vstart)            goto nocache;        if (addr + size < addr)            goto overflow;    } else {        addr = ALIGN(vstart, align);        if (addr + size < addr)            goto overflow;        n = vmap_area_root.rb_node;--------------------------------------------vmap_area_root存放系统中正在使用的vmalloc块，为vmap_area结构。        first = NULL;        while (n) {------------------------------------------------------------遍历vmap_area_root左子叶节点找区间地址最小的区块。            struct vmap_area *tmp;            tmp = rb_entry(n, struct vmap_area, rb_node);            if (tmp->va_end >= addr) {                first = tmp;                if (tmp->va_start <= addr)                    break;-----------------------------------------------------此时tmp->va_start<=addr<=tmp->va_end，找到起始地址最小的vmalloc区块。                n = n->rb_left;            } else                n = n->rb_right;        }        if (!first)            goto found;    }    /* from the starting point, walk areas until a suitable hole is found */    while (addr + size > first->va_start && addr + size <= vend) {-------------判断申请空间addr+size的合法性。        if (addr + cached_hole_size < first->va_start)            cached_hole_size = first->va_start - addr;        addr = ALIGN(first->va_end, align);        if (addr + size < addr)            goto overflow;        if (list_is_last(&first->list, &vmap_area_list))            goto found;        first = list_entry(first->list.next,------------------------------------检查下一个hole是否满足                struct vmap_area, list);    }found:    if (addr + size > vend)        goto overflow;    va->va_start = addr;    va->va_end = addr + size;    va->flags = 0;    __insert_vmap_area(va);----------------------------------------------------将找到的新区块插入到vmap_area_root中    free_vmap_cache = &va->rb_node;    spin_unlock(&vmap_area_lock);    BUG_ON(va->va_start & (align-1));    BUG_ON(va->va_start < vstart);    BUG_ON(va->va_end > vend);    return va;overflow:    spin_unlock(&vmap_area_lock);    if (!purged) {        purge_vmap_area_lazy();        purged = 1;        goto retry;    }    if (printk_ratelimit())        pr_warn("vmap allocation for size %lu failed: "            "use vmalloc=<size> to increase size.\n", size);    kfree(va);    return ERR_PTR(-EBUSY);}

staticvoidsetup_vmalloc_vm(struct vm_struct *vm, struct vmap_area *va,                  unsigned long flags, const void *caller){    spin_lock(&vmap_area_lock);    vm->flags = flags;    vm->addr = (void *)va->va_start;    vm->size = va->va_end - va->va_start;    vm->caller = caller;    va->vm = vm;    va->flags |= VM_VM_AREA;    spin_unlock(&vmap_area_lock);}

static void *__vmalloc_area_node(struct vm_struct *area, gfp_t gfp_mask,                 pgprot_t prot, int node){    const int order = 0;    struct page **pages;    unsigned int nr_pages, array_size, i;    const gfp_t nested_gfp = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) | __GFP_ZERO;    const gfp_t alloc_mask = gfp_mask | __GFP_NOWARN;    nr_pages = get_vm_area_size(area) >> PAGE_SHIFT;---------------------------------计算vmalloc描述符vm_struct->size需要多少页    array_size = (nr_pages * sizeof(struct page *));    area->nr_pages = nr_pages;    /* Please note that the recursion is strictly bounded. */    if (array_size > PAGE_SIZE) {----------------------------------------------------分配也表指针数组需要的空间        pages = __vmalloc_node(array_size, 1, nested_gfp|__GFP_HIGHMEM,                PAGE_KERNEL, node, area->caller);        area->flags |= VM_VPAGES;    } else {        pages = kmalloc_node(array_size, nested_gfp, node);    }    area->pages = pages;    if (!area->pages) {        remove_vm_area(area->addr);        kfree(area);        return NULL;    }    for (i = 0; i < area->nr_pages; i++) {------------------------------------------逐页分配页框，这里也可以看出对vmalloc是无法保证屋里连续的，页不是一起分配，而是一页一页分配的。        struct page *page;        if (node == NUMA_NO_NODE)            page = alloc_page(alloc_mask);-----------------------------------------alloc_mask为GFP_KERNEL|__GFP_HIGHMEM|__GFP_NOWARN，所以优先在vmalloc区域，允许睡眠。        else            page = alloc_pages_node(node, alloc_mask, order);        if (unlikely(!page)) {            /* Successfully allocated i pages, free them in __vunmap() */            area->nr_pages = i;            goto fail;        }        area->pages[i] = page;        if (gfp_mask & __GFP_WAIT)            cond_resched();    }    if (map_vm_area(area, prot, pages))----------------------------------------------建议vmalloc区域的页面映射关系        goto fail;    return area->addr;fail:    warn_alloc_failed(gfp_mask, order,              "vmalloc: allocation failure, allocated %ld of %ld bytes\n",              (area->nr_pages*PAGE_SIZE), area->size);    vfree(area->addr);    return NULL;}

intmap_vm_area(struct vm_struct *area, pgprot_t prot, struct page **pages){    unsigned long addr = (unsigned long)area->addr;    unsigned long end = addr + get_vm_area_size(area);----------------确定映射的起始和结束地址    int err;    err = vmap_page_range(addr, end, prot, pages);    return err > 0 ? 0 : err;}staticintvmap_page_range(unsignedlong start, unsignedlong end,               pgprot_t prot, struct page **pages){    int ret;    ret = vmap_page_range_noflush(start, end, prot, pages);    flush_cache_vmap(start, end);    return ret;}

staticintvmap_page_range_noflush(unsignedlong start, unsignedlong end,                   pgprot_t prot, struct page **pages){    pgd_t *pgd;    unsigned long next;    unsigned long addr = start;    int err = 0;    int nr = 0;    BUG_ON(addr >= end);    pgd = pgd_offset_k(addr);--------------------------------得到地址区域对应的PGD地址    do {-----------------------------------------------------遍历地址空间中的所有对应PGD；如果end和start在同一PGD区域，则只需要一次。        next = pgd_addr_end(addr, end);----------------------addr和end在同一PGD的话，next即为end；否则为addr下一个PGD对应起始地址。        err = vmap_pud_range(pgd, addr, next, prot, pages, &nr);        if (err)            return err;    } while (pgd++, addr = next, addr != end);    return nr;}staticintvmap_pte_range(pmd_t *pmd, unsignedlong addr,        unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr){    pte_t *pte;    /*     * nr is a running index into the array which helps higher level     * callers keep track of where we're up to.     */    pte = pte_alloc_kernel(pmd, addr);-------------------------------定位于addr对应的页表项    if (!pte)        return -ENOMEM;    do {        struct page *page = pages[*nr];------------------------------页描述符        if (WARN_ON(!pte_none(*pte)))            return -EBUSY;        if (WARN_ON(!page))            return -ENOMEM;        set_pte_at(&init_mm, addr, pte, mk_pte(page, prot));---------将页描述符对应的页框和页表项进行关联，映射关系被建立。        (*nr)++;    } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);    return 0;}

staticinlinevoidflush_cache_vmap(unsignedlong start, unsignedlong end){    if (!cache_is_vipt_nonaliasing())        flush_cache_all();    else        /*         * set_pte_at() called from vmap_pte_range() does not         * have a DSB after cleaning the cache line.         */        dsb(ishst);}