임베디드 스터디 - 버퍼 관리와 메모리 할당

copy_to_user() / copy_from_user()

• 드라이버가 커널 버퍼 데이터를 사용자 공간으로 전달할 때 memcpy() 대신 반드시 사용해야 함
• 사용자 공간 포인터는 신뢰할 수 없는 값 — 잘못된 주소, 커널 영역 주소, 널 포인터일 수 있음

// 사용자가 넘긴 포인터가 이런 값이라면?
void *user_ptr = (void *)0xFFFF0000;  // 커널 영역 주소
void *user_ptr = NULL;                // 널 포인터
void *user_ptr = (void *)0xDEADBEEF; // 완전히 잘못된 주소

• copy_to_user() 내부 동작

copy_to_user(user_ptr, kernel_buf, size)
        ↓
1. user_ptr이 실제 사용자 공간 주소인지 검증
2. user_ptr + size 범위가 유효한지 검증
3. 검증 통과 시 → 데이터 복사
4. 검증 실패 시 → EFAULT 반환 (복사 안 함)

함수	방향	사용 시점
copy_to_user()	커널 → 사용자	read() 구현 시
copy_from_user()	사용자 → 커널	write() 구현 시

kmalloc() / kfree()

• 커널 공간에서 동적 메모리를 할당/해제하는 함수
• 사용자 공간의 malloc()/free()에 대응

void *buf = kmalloc(size, flags);  // 할당
kfree(buf);                         // 해제

• 물리적으로 연속된 메모리를 할당 → 일반적으로 수십 KB 이하 권장

GFP_KERNEL vs GFP_ATOMIC

• 메모리 부족 시 SLEEP 가능 여부가 핵심 차이

플래그	메모리 부족 시 동작	사용 컨텍스트
GFP_KERNEL	SLEEP 하며 대기	일반 커널 코드, work_queue
GFP_ATOMIC	즉시 실패 반환	인터럽트 핸들러, tasklet

어디서 할당하는가?
├── 일반 커널 코드, work_queue → GFP_KERNEL (sleep 가능)
└── 인터럽트 핸들러, tasklet  → GFP_ATOMIC (sleep 불가)

vmalloc()

• kmalloc()은 물리적으로 연속된 메모리를 할당 → 크기가 클수록 메모리 파편화 문제로 연속 공간 찾기 어려움
• vmalloc()은 가상 주소 공간에서 연속, 물리는 불연속 허용 → 대용량 메모리 할당 가능

kmalloc()  물리 메모리: [████████] 연속 필요
vmalloc()  물리 메모리: [████][  ][██] 불연속 허용
           가상 메모리: [██████████] 연속으로 보임

	kmalloc()	vmalloc()
물리 메모리	물리적 연속	불연속 허용
적합한 크기	수십 KB 이하	수 MB 이상
DMA 사용	✅ 가능	❌ 불가
오버헤드	낮음	가상-물리 매핑 오버헤드 있음
주요 용도	드라이버 내부 버퍼, DMA	대용량 버퍼