Linux 内存管理之CMA

末蓝、 2022-11-17 10:21 178阅读 0赞

## 什么是CMA ##

CMA是reserved的一块内存，用于分配连续的大块内存。**当设备驱动不用时，内存管理系统将该区域用于分配和管理可移动类型页面；当设备驱动使用时，此时已经分配的页面需要进行迁移，又用于连续内存分配**；其用法与DMA子系统结合在一起充当DMA的后端，具体可参考《没有IOMMU的DMA操作》。

## 数据结构 ##

struct cma {
     //CMA区域物理地址的起始页帧号
     unsigned long   base_pfn; 
     //CMA区域总体的页数
     unsigned long   count;
     //位图，用于描述页的分配情况
     unsigned long   *bitmap;
     //位图中每个bit描述的物理页面的order值，其中页面数为2^order值
     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;

*  bitmap来管理其内存的分配，0表示free，1表示已经分配。
 *  如果order\_per\_bit等于0，表示按照一个一个page来分配和释放，如果order\_per\_bit等于1，表示按照2个page组成的block来分配和释放，以此类推。
 *  count说明该**cma\_areas**内存有多少个page。它和order\_per\_bit一起决定了bitmap指针指向内存的大小。
 *  base\_pfn定义了该**cma\_areas**的起始page frame number，base\_pfn和count一起定义了该**cma\_areas**在内存中的范围。

![c6990f9745b4b5cbb161b74d8fe63212.png][]from loyenwang

## CMA区域 cma\_areas 的创建 ##

CMA区域的创建有两种方法，一种是通过dts的reserved memory，另外一种是通过command line参数和内核配置参数。

### dts方式： ###

reserved-memory {
            /* global autoconfigured region for contiguous allocations */
            linux,cma {
                    compatible = "shared-dma-pool";
                    reusable;
                    size = <0 0x28000000>;
                    alloc-ranges = <0 0xa0000000 0 0x40000000>;
                    linux,cma-default;
            };
    };

device tree中可以包含reserved-memory node，系统启动的时候会打开rmem\_cma\_setup

RESERVEDMEM\_OF\_DECLARE(cma, "shared-dma-pool", rmem\_cma\_setup);

### command line方式： ###

cma=nn\[MG\]@\[start\[MG\]\[-end\[MG\]\]\]

static int __init early_cma(char *p)
    {
     pr_debug("%s(%s)\n", __func__, p);
     size_cmdline = memparse(p, &p);
     if (*p != '@') {
      /*
      if base and limit are not assigned,
      set limit to high memory bondary to use low memory.
      */
      limit_cmdline = __pa(high_memory);
      return 0;
     }
     base_cmdline = memparse(p + 1, &p);
     if (*p != '-') {
      limit_cmdline = base_cmdline + size_cmdline;
      return 0;
     }
     limit_cmdline = memparse(p + 1, &p);
    
     return 0;
    }
    early_param("cma", early_cma);

系统在启动的过程中会把cmdline里的nn, start, end传给函数dma\_contiguous\_reserve，流程如下：

setup\_arch--->arm64\_memblock\_init--->dma\_contiguous\_reserve->dma\_contiguous\_reserve\_area->cma\_declare\_contiguous

![945dc08b43212893809d036a309e13ab.png][]

## 将CMA区域添加到Buddy System ##

为了避免这块reserved的内存在不用时候的浪费，内存管理模块会将CMA区域添加到Buddy System中，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。

static int __init cma_init_reserved_areas(void)
    {
     int i;
    
     for (i = 0; i < cma_area_count; i++) {
      int ret = cma_activate_area(&cma_areas[i]);
    
      if (ret)
       return ret;
     }
    
     return 0;
    }
    core_initcall(cma_init_reserved_areas);

其实现比较简单，主要分为两步：

1.  把该页面设置为MIGRATE\_CMA标志
2.  通过\_\_free\_pages将页面添加到buddy system中

![acf282b8ce0f71eaac7514ac5b79d4e3.png][]

## CMA分配 ##

《没有IOMMU的DMA操作》里讲过，CMA是通过cma\_alloc分配的。cma\_alloc->alloc\_contig\_range(..., **MIGRATE\_CMA**,...)，向刚才释放给buddy system的MIGRATE\_CMA类型页面，重新“收集”过来。

![4ee0911f1676b8fad8ca43b156b57663.png][]

**用CMA的时候有一点需要注意**：

也就是上图中黄色部分的判断。CMA内存在分配过程是一个比较“重”的操作，可能涉及页面迁移、页面回收等操作，因此不适合用于atomic context。比如之前遇到过一个问题，当内存不足的情况下，向U盘写数据的同时操作界面会出现卡顿的现象，这是因为CMA在迁移的过程中需要等待当前页面中的数据回写到U盘之后，才会进一步的规整为连续内存供gpu/display使用，从而出现卡顿的现象。![25515a0e94da206ee7c2cf9fb71450ed.png][]

![虚线阴影分割线][adddc99181fea48b897b818c1af1e791.png]

![4ea4623d582097f1f65d9a11658fc442.png][]

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