内核空间的基本概念
在操作系统中，内存被划分为用户空间和内核空间两部分。普通应用程序运行在用户空间，而操作系统核心功能则运行在内核空间。这种隔离设计既保证了系统的稳定性，也提升了安全性。比如你在电脑上打开一个浏览器，它就在用户空间工作；而当系统需要读取硬盘数据时，就得靠内核空间来完成。
内核空间内存分配的特殊性
和用户程序随意申请内存不同，内核空间的内存管理更加严格。由于内核代码直接操作硬件，一旦出错可能导致整个系统崩溃，因此它的内存分配机制必须高效且可靠。
内核不能像用户程序那样依赖虚拟内存的无限扩展。虽然现代系统支持页式管理，但内核使用的内存通常要求是物理上连续的。例如在网络驱动中处理数据包时，DMA（直接内存访问）往往需要一段连续的物理地址，这就限制了内核只能使用特定方式分配内存。
常用的内核内存分配接口
在Linux中，kmalloc() 是最常用的内核内存分配函数，类似于用户空间的 malloc()，但它多了一个标志参数用于指定分配行为。
void *ptr = kmalloc(1024, GFP_KERNEL);这里的 GFP_KERNEL 表示在进程上下文中分配内存，允许睡眠等待资源。如果是在中断处理程序中，则需使用 GFP_ATOMIC，确保分配过程不会阻塞。
对于需要大块连续内存的情况，内核还提供了 vmalloc()。它分配的内存在线性地址空间连续，但物理地址不一定连续，适合加载大型模块或映射复杂结构。
void *vptr = vmalloc(8192);不过 vmalloc 分配的内存不能用于DMA传输，因为硬件设备认的是物理地址。
内存池机制的应用场景
某些高频、实时性要求高的场合，比如网络数据包缓冲区，内核会预先创建内存池（memcache 或 slab 分配器）。这样每次需要内存时可以直接从池中取出，避免动态分配带来的延迟波动。这就像快递站点提前准备好包装箱，一有包裹立马打包发出，效率更高。
slab 分配器基于对象大小进行分类管理，频繁创建销毁的对象如 task_struct 进程描述符就受益于这种机制。系统启动时初始化这些缓存，后续分配回收都极快。
注意事项与常见问题
开发者在编写内核模块时容易忽略的一点是：内核空间没有内存保护机制。越界写入可能不会立即报错，但会悄悄破坏其他数据结构，导致难以排查的崩溃。因此调试内核代码时，常用 KASAN（Kernel Address Sanitizer）工具检测非法访问。
另外，内核分配的内存不会自动释放，必须手动调用 kfree() 或 vfree()，否则会造成内存泄漏。哪怕只是临时申请几百字节，只要没释放，就会一直占用系统资源，时间久了可能让服务器变慢甚至宕机。