在用户态下程序中，我们可以通过malloc()动态申请内存空间。在内核空间中，专门有一个内核子系统处理对连续页框的内存分配请求，这个内核子系统即为管理区页框分配器（zoned page frame allocator）。该分配器包含六个专门用于分配页框的API，这些API都是基于伙伴算法而实现的，因此这些API申请的页框数只能为2的整数幂大小。

内存分配器API

1.alloc_pages()

该宏用来分配2的order次方个连续的页框，如果申请成功返回第一个所分配页框的描述符地址，申请失败的话返回NULL。

#define alloc_pages(gfp_mask, order) \
                alloc_pages_node(numa_node_id(), gfp_mask, order)

2.alloc_page()

该函数用来分配一个单独的页框，它可以看作是alloc_pages()当order等于0时的特殊情况。

#define alloc_page(gfp_mask) alloc_pages(gfp_mask, 0)

3.__get_free_pages()

通过该函数可以申请长为2的order次方大小的连续页框，但是它返回的是这段连续页框中第一个页所对应的线性地址。从源码中可以看出，该函数内部仍然调用了alloc_pages函数，并利用page_address函数将页描述符地址转换为线性地址。

unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
{
        struct page *page;

        VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);

        page = alloc_pages(gfp_mask, order);
        if (!page)
                return 0;
        return (unsigned long) page_address(page);
}

4.__get_free_page()

该宏可以看作是__get_free_pages函数的特殊情况，它用于申请一个单独的页框。

#define __get_free_page(gfp_mask) \
        __get_free_pages((gfp_mask),0)

5.get_zeroed_page()

该函数用来获取一个填满0的页框，其中__GFP_ZERO参数用来体现这一点。

unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
{
        return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
}

6.__get_dma_pages()

该宏获得的页框用于DMA操作。

#define (gfp_mask, order) \
                __get_free_pages((gfp_mask) | GFP_DMA,(order))

请求页框的标志

从上述几个分配器API中可以看到，除了用于指示请求页框大小的order参数外，还包括一组标志gfp_mask，它指明了如何寻找空闲的页框。下面仅说明几个常见的分配标志。

__GFP_DMA:该标志指明只能从ZONE_DMA内存管理区获得页框。

__GFP_HIGHMEM:如果该标志被设置，则按照ZONE_HIGHMEM,ZONE_NORMAL和ZONE_DMA的请求顺序获得页框，既首先在ZONE_HIGHMEME区请求所需大小的页框，如果该区无法满足请求页框的大小，则再向ZONE_DMA区发出请求。如果该标志没有被设置，则按照默认的ZONE_NORMAL和ZONE_DMA内存管理区的顺序获取页框。

__GFP_ZERO:如果设置了该标志，那么所申请的页框必须被填满0。

API关系图

本文所介绍的这几个API本质上都调用了alloc_pages()，而alloc_pages()又在其内部调用了alloc_pages_node()，它们之间的关系如下图所示：

从图中可以看出，alloc_pages_node()是所有分配器API的核心函数。