linux内存cma,【原创】（十六）Linux内存管理之CMA

背景

Read the fucking source code! --By 鲁迅

A picture is worth a thousand words. --By 高尔基

说明&＃xff1a;

Kernel版本&＃xff1a;4.14

ARM64处理器&＃xff0c;Contex-A53&＃xff0c;双核

使用工具&＃xff1a;Source Insight 3.5&＃xff0c; Visio

1. 概述

Contiguous Memory Allocator, CMA&＃xff0c;连续内存分配器&＃xff0c;用于分配连续的大块内存。 CMA分配器&＃xff0c;会Reserve一片物理内存区域&＃xff1a;

设备驱动不用时&＃xff0c;内存管理系统将该区域用于分配和管理可移动类型页面&＃xff1b;

设备驱动使用时&＃xff0c;用于连续内存分配&＃xff0c;此时已经分配的页面需要进行迁移&＃xff1b;

此外&＃xff0c;CMA分配器还可以与DMA子系统集成在一起&＃xff0c;使用DMA的设备驱动程序无需使用单独的CMA API。

2. 数据结构

内核定义了struct cma结构&＃xff0c;用于管理一个CMA区域&＃xff0c;此外还定义了全局的cma数组&＃xff0c;如下&＃xff1a;

struct cma {

unsigned long base_pfn;

unsigned long count;

unsigned long *bitmap;

unsigned int order_per_bit; /* Order of pages represented by one bit */

struct mutex lock;

#ifdef CONFIG_CMA_DEBUGFS

struct hlist_head mem_head;

spinlock_t mem_head_lock;

#endif

const char *name;

};

extern struct cma cma_areas[MAX_CMA_AREAS];

extern unsigned cma_area_count;

base_pfn&＃xff1a;CMA区域物理地址的起始页帧号&＃xff1b;

count&＃xff1a;CMA区域总体的页数&＃xff1b;

*bitmap&＃xff1a;位图&＃xff0c;用于描述页的分配情况&＃xff1b;

order_per_bit&＃xff1a;位图中每个bit描述的物理页面的order值&＃xff0c;其中页面数为2^order值&＃xff1b;

来一张图就会清晰明了&＃xff1a;

3. 流程分析

3.1 CMA区域创建

3.1.1 方式一 根据dts来配置

之前的文章也都分析过&＃xff0c;物理内存的描述放置在dts中&＃xff0c;最终会在系统启动过程中&＃xff0c;对dtb文件进行解析&＃xff0c;从而完成内存信息注册。

CMA的内存在dts中的描述示例如下图&＃xff1a;

在dtb解析过程中&＃xff0c;会调用到rmem_cma_setup函数&＃xff1a;

RESERVEDMEM_OF_DECLARE(cma, "shared-dma-pool", rmem_cma_setup);

3.1.2 方式二 根据参数或宏配置

可以通过内核参数或配置宏&＃xff0c;来进行CMA区域的创建&＃xff0c;最终会调用到cma_declare_contiguous函数&＃xff0c;如下图&＃xff1a;

3.2 CMA添加到Buddy System

在创建完CMA区域后&＃xff0c;该内存区域成了保留区域&＃xff0c;如果单纯给驱动使用&＃xff0c;显然会造成内存的浪费&＃xff0c;因此内存管理模块会将CMA区域添加到Buddy System中&＃xff0c;用于可移动页面的分配和管理。CMA区域是通过cma_init_reserved_areas接口来添加到Buddy System中的。

core_initcall(cma_init_reserved_areas);

core_initcall宏将cma_init_reserved_areas函数放置到特定的段中&＃xff0c;在系统启动的时候会调用到该函数。

3.3 CMA分配/释放

CMA分配&＃xff0c;入口函数为cma_alloc&＃xff1a;

CMA释放&＃xff0c;入口函数为cma_release&＃xff1a; 函数比较简单&＃xff0c;直接贴上代码

/**

* cma_release() - release allocated pages

* &＃64;cma: Contiguous memory region for which the allocation is performed.

* &＃64;pages: Allocated pages.

* &＃64;count: Number of allocated pages.

*

* This function releases memory allocated by alloc_cma().

* It returns false when provided pages do not belong to contiguous area and

* true otherwise.

*/

bool cma_release(struct cma *cma, const struct page *pages, unsigned int count)

{

unsigned long pfn;

if (!cma || !pages)

return false;

pr_debug("%s(page %p)\n", __func__, (void *)pages);

pfn &＃61; page_to_pfn(pages);

if (pfn base_pfn || pfn >&＃61; cma->base_pfn &＃43; cma->count)

return false;

VM_BUG_ON(pfn &＃43; count > cma->base_pfn &＃43; cma->count);

free_contig_range(pfn, count);

cma_clear_bitmap(cma, pfn, count);

trace_cma_release(pfn, pages, count);

return true;

}

3.4 DMA使用

代码参考driver/base/dma-contiguous.c&＃xff0c;主要包括的接口有&＃xff1a;

/**

* dma_alloc_from_contiguous() - allocate pages from contiguous area

* &＃64;dev: Pointer to device for which the allocation is performed.

* &＃64;count: Requested number of pages.

* &＃64;align: Requested alignment of pages (in PAGE_SIZE order).

* &＃64;gfp_mask: GFP flags to use for this allocation.

*

* This function allocates memory buffer for specified device. It uses

* device specific contiguous memory area if available or the default

* global one. Requires architecture specific dev_get_cma_area() helper

* function.

*/

struct page *dma_alloc_from_contiguous(struct device *dev, size_t count,

unsigned int align, gfp_t gfp_mask);

/**

* dma_release_from_contiguous() - release allocated pages

* &＃64;dev: Pointer to device for which the pages were allocated.

* &＃64;pages: Allocated pages.

* &＃64;count: Number of allocated pages.

*

* This function releases memory allocated by dma_alloc_from_contiguous().

* It returns false when provided pages do not belong to contiguous area and

* true otherwise.

*/

bool dma_release_from_contiguous(struct device *dev, struct page *pages,

int count);

在上述的接口中&＃xff0c;实际调用的就是cma_alloc/cma_release接口来实现的。

整体来看&＃xff0c;CMA分配器还是比较简单易懂&＃xff0c;也不再深入分析。

4.后记

内存管理的分析先告一段落&＃xff0c;后续可能还会针对某些模块进一步的研究与完善。 内存管理子系统&＃xff0c;极其复杂&＃xff0c;盘根错节&＃xff0c;很容易就懵圈了&＃xff0c;尽管费了不少心力&＃xff0c;也只能说略知皮毛。 学习就像是爬山&＃xff0c;面对一座高山&＃xff0c;可能会有心理障碍&＃xff0c;但是当你跨越之后&＃xff0c;再看到同样高的山&＃xff0c;心理上你将不再畏惧。

接下来将研究进程管理子系统&＃xff0c;将任督二脉打通。

未来会持续分析内核中的各类框架&＃xff0c;并发机制等&＃xff0c;敬请关注&＃xff0c;一起探讨。

原文出处&＃xff1a;https://www.cnblogs.com/LoyenWang/p/12182594.html