Linux内核最新的连续内存分配器(CMA)——避免预留大块内存

by 宋宝华

在我们使用ARM等嵌入式Linux系统的时候,一个头疼的问题是GPU,Camera,HDMI等都需要预留大量连续内存,这部分内存平时不用,但是一般的做法又必须先预留着。目前,Marek Szyprowski和Michal Nazarewicz实现了一套全新的Contiguous Memory Allocator。通过这套机制,我们可以做到不预留内存,这些内存平时是可用的,只有当需要的时候才被分配给Camera,HDMI等设备。下面分析它的基本代码流程。

声明连续内存

内核启动过程中arch/arm/mm/init.c中的arm_memblock_init()会调用dma_contiguous_reserve(min(arm_dma_limit, arm_lowmem_limit));

该函数位于:drivers/base/dma-contiguous.c

其中的size_bytes定义为:

static const unsigned long size_bytes = CMA_SIZE_MBYTES * SZ_1M; 默认情况下,CMA_SIZE_MBYTES会被定义为16MB,来源于CONFIG_CMA_SIZE_MBYTES=16

->

由此可见,连续内存区域也是在内核启动的早期,通过__memblock_alloc_base()拿到的。

另外:

drivers/base/dma-contiguous.c里面的core_initcall()会导致cma_init_reserved_areas()被调用:


cma_create_area()会调用cma_activate_area(),cma_activate_area()函数则会针对每个page调用:

init_cma_reserved_pageblock(pfn_to_page(base_pfn));

这个函数则会通过set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA)将页设置为MIGRATE_CMA类型的:

同时其中调用的__free_pages(page, pageblock_order);最终会调用到__free_one_page(page, zone, order, migratetype);
相关的page会被加到MIGRATE_CMA的free_list上面去:

list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);


申请连续内存

申请连续内存仍然使用标准的arch/arm/mm/dma-mapping.c中定义的dma_alloc_coherent()和dma_alloc_writecombine(),这二者会间接调用drivers/base/dma-contiguous.c中的


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int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,

unsigned migratetype)

需要隔离page,隔离page的作用通过代码的注释可以体现:


简单地说,就是把相关的page标记为MIGRATE_ISOLATE,这样buddy系统就不会再使用他们。



接下来调用__alloc_contig_migrate_range()进行页面隔离和迁移:

其中的函数migrate_pages()会完成页面的迁移,迁移过程中通过传入的__alloc_contig_migrate_alloc()申请新的page,并将老的page付给新的page:

其中的unmap_and_move()函数较为关键,它定义在mm/migrate.c中

通过unmap_and_move(),老的page就被迁移过去新的page。

接下来要回收page,回收page的作用是,不至于因为拿了连续的内存后,系统变得内存饥饿:

->


->


释放连续内存

内存释放的时候也比较简单,直接就是:

arch/arm/mm/dma-mapping.c:

->

arch/arm/mm/dma-mapping.c:


->


->

将page交还给buddy。


内核内存分配的migratetype

内核内存分配的时候,带的标志是GFP_,但是GFP_可以转化为migratetype:

之后申请内存的时候,会对比迁移类型匹配的free_list:

另外,笔者也编写了一个测试程序,透过它随时测试CMA的功能:


申请内存:

释放内存:


参考链接:

[1] http://www.spinics.net/lists/arm-kernel/msg160854.html

[2] http://www.spinics.net/lists/arm-kernel/msg162063.html

[3] http://lwn.net/Articles/447405/




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