深入理解Linux内核最新的连续内存分配器(CMA)

发布网友发布时间：2024-10-13 07:46

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热心网友时间：2024-11-23 21:33

在嵌入式Linux系统中，特别是使用ARM架构时，GPU、Camera、HDMI等硬件设备对连续内存有着高需求。然而，这通常导致内存资源的浪费，因为这部分内存大多在非工作时间处于空闲状态。为解决这一问题，Marek Szyprowski与Michal Nazarewicz开发了一套创新的连续内存分配器(CMA)。此机制允许系统在需要时动态分配内存，而非提前预留，从而更有效地利用内存资源。

这套CMA机制的实现始于内核启动期间。在arch/arm/mm/init.c文件中的arm_memblock_init()函数中，通过调用dma_contiguous_reserve(min(arm_dma_limit, arm_lowmem_limit))实现内存区域的声明。此函数位于drivers/base/dma-contiguous.c文件中，其定义的size_bytes参数默认为16MB（通过CONFIG_CMA_SIZE_MBYTES=16配置），此参数决定了预留连续内存的大小。

当执行dma_contiguous_reserve()函数时，它会将页设置为MIGRATE_CMA类型，并将其加入到free_list中。这一系列操作确保了内存的高效管理和分配，同时避免了内存资源的浪费。

在CMA机制中，内存的申请和释放遵循标准流程，但具有特殊处理。申请连续内存时，系统会通过dma_alloc_coherent()或dma_alloc_writecombine()函数进行操作，这些函数最终调用drivers/base/dma-contiguous.c中的相关函数，以实现页面的隔离和迁移。隔离页面是为了确保内存资源的高效利用，避免了内存的浪费。释放内存时，系统将页面归还给buddy系统，恢复其可用状态。

此外，内核内存分配过程中的migratetype标记提供了一种机制，以优化内存分配和释放流程。此标记将GFP_标志转化为适用于内存管理的migratetype，使得系统能够根据实际需求更灵活地管理内存资源。

综上所述，CMA机制通过动态分配连续内存，有效提高了嵌入式Linux系统内存的使用效率，减少了资源浪费。这种优化不仅适用于ARM架构的设备，对于其他架构的Linux系统同样具有参考价值。