linux内核中CMA内存分配
目录
一、CAM的必要性
二、当应用层申请大的内存时的解决方法
三、CAM使用方法
1、内核配置：
2、 配置CMA区域有3种方法
3、设备树源码解析
四、技术原理
1、创建CMA区域
2、把CAM区域释放给页分配器
3、从CMA区域借用页
4、从CMA区域分配内存
5、释放CMA区域的内存
一、CAM的必要性
系统长时间运行后，可能碎片化，很难找到连续物理页。连续内存分配器CAM使得这种情况下分配大的连续内存块成为可能。
二、当应用层申请大的内存时的解决方法
1、一种解决方案是为设备保留一块大的内存区域：缺点 当设备驱动不使用的实时，内核其他模块也不能使用这块内存；
2、连续内存分配试图解决这个问题，保留一块大的内存区域。当设备驱动不使用的时候，内核其他模块可以使用，要求：只有申请可移动类型的页时可以借用；当设备驱动需要使用的时候，把已经分配的页迁移到其他地方，形成物理连续的大内存块。
三、CAM使用方法
1、内核配置：
- 配置宏CONFIG_CMA,启动连续内存分配器
- 配置宏CONFIG_CMA_AREAS，指定CMA区域的最大数量，默认值是7
- 配置宏CONFIG_DMA_CMA运行设备驱动分配内存的连续内存分配器
CMA区域分为全局CMA区域和设备私有CMA区域。全局CMA区域是由所有设备共享的，设备私有CMA区域由指定的一个或多个设备驱动使用。
2、 配置CMA区域有3种方法
- 通过内核参数cma配置全局cma区域大小；
使用内核参数cma=nn[MG]@[start[MG]][-end[MG]]设置全局CMA区域的大小和物理地址范围
- 通过配置宏配置全局CMA区域的大小；
CONFIG_CMA_SIZE_SEL_MBYTES表示兆字节；0表示禁用
CONFIG_CMA_SIZE_SEL_PERCENTAGE 表示指定物理内存容量的百分比，默认使用指定兆字节数的方式；0表示禁用
以上两种方式都可以使用内存传递参数启用CMA
- 通过设备树源文件/reserved-memory配置CMA区域
如果子节点的属性“compatible”的值是shared-dma-pool 表示全局CMA区域，否则表示设备私有CMA区域
3、设备树源码解析
reserved-memory {
#address-cells= <1>;
#size-cells= <1>;
ranges ;
linux , cma {
compatible= " shared-dma-pool" ;
reusable;
size= ;
alignment= ;
linux , cma-defaul 七；
} ;
display_reserved: framebuffer@78000000 {
reg= ;
) ;
multimedia reserved : multimedia@77000000
compatible= "acme, multimedia-memory" ;
reg= ;
} ;
) ; 分配三个cma区域，
- 节点名称linux,cma 大小64MB，
- 帧缓冲设备专用CMA framebuffer 大小8M
- 多媒体专用CMA区域，节点multimedia-memory 大小64M
四、技术原理
连续内存分配器是DMA映射框架的辅助框架，设备驱动程序不能直接使用连续分配器；
- 连续内存分配器是在页分配器的基础上实现的，提供接口cma_alloc用来从CMA区域分配页，cma_release用来释放CMA区域分配的页
- 在连续内存分配器的基础上实现了DMA映射框架专用的连续内存分配器，简称DMA专用连续内存分配器。
dma_alloc_from_contiguous 用来从CMA分配
dma_release_from_contiguous 释放
- dma映射框架从DMA专用连续内存分配器分配或释放，为设备驱动程序提供的接口
dma_alloc_coherent ,dma_alloc_noncoherent 用来分配内存
dma_free_conerent ,dma_free_nocoherent用来释放内存
- 设备驱动程序调用DMA映射框架提供的函数来分配或释放。
可配置多个CMA区域，内核定义一个数组来管理CMA区域
struct cma cma_areas[MAX_CMA_AREAS];
unsigned cma_area_count；
页分配器为CMA区域的物理页定义了迁移类型MIGRATE_CMA
1、创建CMA区域
内存管理子系统初始化，解析设备树二进制文件得到物理内存布局，使用memblock保存布局信息。
memblock的memory保存物理块的物理地址范围，
reserved类型保存预留内存块的物理地址范围
CMA区域属于保留内存块
通过设备树配置CMA区域，解析如下：
setup_arch->arm64_memblock_init
early_init_fdt_scan_reaseved_mem
2、把CAM区域释放给页分配器
memblock是内核初始化的时候使用的内存分配器，内核初始化完成后使用伙伴分配器管理物理页。内核初始化后，把空闲的内存释放给伙伴分配器，不会把保留的内存释放给伙伴分配器。CMA是保留内存。但需要把CMA区域的物理页交给伙伴分配器管理。
3、从CMA区域借用页
当设备驱动程序不使用CMA区域的时候，内核的其他模块可以借用CMA区域的物理页，页分配器只允许可移动类型从CMA类型
借用物理页。
1）从迁移类型分配页
2）如果分配失败，从备用类型借用物理页
如果指定迁移类型是可移动类型，首先从CMA类型借用物理页
从备用类型列表中的每个迁移类型借用物理页
4、从CMA区域分配内存
当设备驱动程序需要使用CMA区域的时候，如果CMA区域的物理页已经被页分配器分配出去，需要把物理页迁移到其他地方。
- 1）在CMA区域的位图中查找一个足够大的空闲页块
- 2）在位图中把物理页的分配状态设置为已分配
- 3）调用函数alloc_contig_range把页分配出去的物理页迁移到其他地方；
- 4）如果迁移失败，回到1），找下一个足够大的空闲页块尝试分配，知道分配成功或者尝试完所有的空闲页块；
5、释放CMA区域的内存
- 1) 检测物理页是否是CMA区域；
- 2）把物理页释放给页分配器；
- 3）在CMA位图中把物理页状态标记为空闲；