簡單的說：
- kmalloc和vmalloc是分配的是內核的內存,malloc分配的是用戶的內存
- kmalloc保證分配的內存在物理上是連續的,vmalloc保證的是在虛擬地址空間上的連續,malloc不保證任何東西
- kmalloc能分配的大小有限（128Kb）,vmalloc和malloc能分配的大小相對較大
- 內存只有在要被DMA訪問的時候才需要物理上連續
- vmalloc比kmalloc要慢
詳細的解釋：
對於提供了MMU（存儲管理器，輔助操作系統進行內存管理，提供虛實地址轉換等硬件支持）的處理器而言，Linux提供了複雜的存儲管理系統，使得進程所能訪問的內存達到4GB。
進程的4GB內存空間被人爲的分爲兩個部分--用戶空間與內核空間。用戶空間地址分佈從0到3GB(PAGE_OFFSET，在0x86中它等於0xC0000000)，3GB到4GB爲內核空間。
內核空間中，從3G到vmalloc_start這段地址是物理內存映射區域（該區域中包含了內核鏡像、物理頁框表mem_map等等），比如我們使用 的 VMware虛擬系統內存是160M，那麼3G～3G+160M這片內存就應該映射物理內存。在物理內存映射區之後，就是vmalloc區域。對於 160M的系統而言，vmalloc_start位置應在3G+160M附近（在物理內存映射區與vmalloc_start期間還存在一個8M的gap 來防止躍界），vmalloc_end的位置接近4G(最後位置系統會保留一片128k大小的區域用於專用頁面映射)
kmalloc和get_free_page申請的內存位於物理內存映射區域，而且在物理上也是連續的，它們與真實的物理地址只有一個固定的偏移，因此存在較簡單的轉換關係，virt_to_phys()可以實現內核虛擬地址轉化爲物理地址：
#define __pa(x) ((unsigned long)(x)-PAGE_OFFSET)
extern inline unsigned long virt_to_phys(volatile void * address)
{
return __pa(address);
}
上面轉換過程是將虛擬地址減去3G（PAGE_OFFSET=0XC000000）。
與之對應的函數爲phys_to_virt()，將內核物理地址轉化爲虛擬地址：
#define __va(x) ((void *)((unsigned long)(x)+PAGE_OFFSET))
extern inline void * phys_to_virt(unsigned long address)
{
return __va(address);
}
virt_to_phys()和phys_to_virt()都定義在include/asm-i386/io.h中。
而vmalloc申請的內存則位於vmalloc_start～vmalloc_end之間，與物理地址沒有簡單的轉換關係，雖然在邏輯上它們也是連續的，但是在物理上它們不要求連續。
vmalloc()函數爲了把物理上不連續的頁面轉換爲虛擬地址空間上連續的頁，必須專門建立頁表項。還有，通過vmalloc()獲得的頁必須一個一個的進行映射（因爲它們物理上不是連續的），這就會導致比直接內存映射大得多的緩衝區刷新。因爲這些原因，vmalloc()僅在絕對必要時纔會使用——典型的就是爲了獲得大塊內存時，例如，當模塊被動態插入到內核中時，就把模塊裝載到由vmalloc()分配的內存上
malloc的實現原理
malloc函數的實質體現在，它有一個將可用的內存塊連接爲一個長長的列表的所謂空閒鏈表(全局變量，一個內存塊的鏈表指針)。調用malloc函數時，它沿連接表尋找一個大到足以滿足用戶請求所需要的內存塊。然後，將該內存塊一分爲二（一塊的大小與用戶請求的大小相等，另一塊的大小就是剩下的字節）。接下來，將分配給用戶的那塊內存傳給用戶，並將剩下的那塊（如果有的話）返回到連接表上。調用free函數時，它將用戶釋放的內存塊連接到空閒鏈上。到最後，空閒鏈會被切成很多的小內存片段，如果這時用戶申請一個大的內存片段，那麼空閒鏈上可能沒有可以滿足用戶要求的片段了。於是，malloc函數請求延時，並開始在空閒鏈上翻箱倒櫃地檢查各內存片段，對它們進行整理，將相鄰的小空閒塊合併成較大的內存塊。 malloc（）在操作系統中的實現 在 C 程序中，多次使用malloc () 和 free()。
我們用下面的程序來演示kmalloc、get_free_page和vmalloc的區別：
#include <linux/module.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/vmalloc.h>
MODULE_LICENSE("GPL");
unsigned char *pagemem;
unsigned char *kmallocmem;
unsigned char *vmallocmem;
int __init mem_module_init(void)
{
//最好每次內存申請都檢查申請是否成功
//下面這段僅僅作爲演示的代碼沒有檢查
pagemem = (unsigned char*)get_free_page(0);
printk("<1>pagemem addr=%x", pagemem);
kmallocmem = (unsigned char*)kmalloc(100, 0);
printk("<1>kmallocmem addr=%x", kmallocmem);
vmallocmem = (unsigned char*)vmalloc(1000000);
printk("<1>vmallocmem addr=%x", vmallocmem);
return 0;
}
void __exit mem_module_exit(void)
{
free_page(pagemem);
kfree(kmallocmem);
vfree(vmallocmem);
}
module_init(mem_module_init);
module_exit(mem_module_exit);
我們的系統上有160MB的內存空間，運行一次上述程序，發現pagemem的地址在0xc7997000（約3G+121M）、kmallocmem 地址在0xc9bc1380（約3G+155M）、vmallocmem的地址在0xcabeb000（約3G+171M）處，符合前文所述的內存佈局。