Linux內核最新的連續內存分配器(CMA)——避免預留大塊內存

在我們使用ARM等嵌入式Linux系統的時候，一個頭疼的問題是GPU，Camera，HDMI等都需要預留大量連續內存，這部分內存平時不用，但是一般的做法又必須先預留著。目前，Marek Szyprowski和Michal Nazarewicz實現了一套全新的Contiguous Memory Allocator。通過這套機制，我們可以做到不預留內存，這些內存平時是可用的，只有當需要的時候才被分配給Camera，HDMI等設備。下面分析它的基本代碼流程。

聲明連續內存

內核啟動過程中arch/arm/mm/init.c中的arm_memblock_init()會調用dma_contiguous_reserve(min(arm_dma_limit, arm_lowmem_limit));

該函數位於：drivers/base/dma-contiguous.c

1. /** 
2.  * dma_contiguous_reserve() - reserve area for contiguous memory handling 
3.  * @limit: End address of the reserved memory (optional, 0 for any). 
4.  * 
5.  * This function reserves memory from early allocator. It should be 
6.  * called by arch specific code once the early allocator (memblock or bootmem) 
7.  * has been activated and all other subsystems have already allocated/reserved 
8.  * memory. 
9.  */  
10. void __init dma_contiguous_reserve(phys_addr_t limit)  
11. {  
12.         unsigned long selected_size = 0;  
13.   
14.         pr_debug("%s(limit %08lx)\n", __func__, (unsigned long)limit);  
15.   
16.         if (size_cmdline != -1) {  
17.                 selected_size = size_cmdline;  
18.         } else {  
19. #ifdef CONFIG_CMA_SIZE_SEL_MBYTES   
20.                 selected_size = size_bytes;  
21. #elif defined(CONFIG_CMA_SIZE_SEL_PERCENTAGE)   
22.                 selected_size = cma_early_percent_memory();  
23. #elif defined(CONFIG_CMA_SIZE_SEL_MIN)   
24.                 selected_size = min(size_bytes, cma_early_percent_memory());  
25. #elif defined(CONFIG_CMA_SIZE_SEL_MAX)   
26.                 selected_size = max(size_bytes, cma_early_percent_memory());  
27. #endif   
28.         }     
29.   
30.         if (selected_size) {  
31.                 pr_debug("%s: reserving %ld MiB for global area\n", __func__,  
32.                          selected_size / SZ_1M);  
33.   
34.                 dma_declare_contiguous(NULL, selected_size, 0, limit);  
35.         }     
36. };  

其中的size_bytes定義為：

static const unsigned long size_bytes = CMA_SIZE_MBYTES * SZ_1M; 默認情況下，CMA_SIZE_MBYTES會被定義為16MB，來源於CONFIG_CMA_SIZE_MBYTES=16

1. int __init dma_declare_contiguous(struct device *dev, unsigned long size,  
2.                                   phys_addr_t base, phys_addr_t limit)  
3. {  
4.         ...  
5.         /* Reserve memory */  
6.         if (base) {  
7.                 if (memblock_is_region_reserved(base, size) ||  
8.                     memblock_reserve(base, size) < 0) {  
9.                         base = -EBUSY;  
10.                         goto err;  
11.                 }  
12.         } else {  
13.                 /* 
14.                  * Use __memblock_alloc_base() since 
15.                  * memblock_alloc_base() panic()s. 
16.                  */  
17.                 phys_addr_t addr = __memblock_alloc_base(size, alignment, limit);  
18.                 if (!addr) {  
19.                         base = -ENOMEM;  
20.                         goto err;  
21.                 } else if (addr + size > ~(unsigned long)0) {  
22.                         memblock_free(addr, size);  
23.                         base = -EINVAL;  
24.                         base = -EINVAL;  
25.                         goto err;  
26.                 } else {  
27.                         base = addr;  
28.                 }  
29.         }  
30.   
31.         /* 
32.          * Each reserved area must be initialised later, when more kernel 
33.          * subsystems (like slab allocator) are available. 
34.          */  
35.         r->start = base;  
36.         r->size = size;  
37.         r->dev = dev;  
38.         cma_reserved_count++;  
39.         pr_info("CMA: reserved %ld MiB at %08lx\n", size / SZ_1M,  
40.                 (unsigned long)base);  
41.   
42.         /* Architecture specific contiguous memory fixup. */  
43.         dma_contiguous_early_fixup(base, size);  
44.         return 0;  
45. err:  
46.         pr_err("CMA: failed to reserve %ld MiB\n", size / SZ_1M);  
47.         return base;  
48. }   

由此可見，連續內存區域也是在內核啟動的早期，通過__memblock_alloc_base()拿到的。

另外：

drivers/base/dma-contiguous.c裡面的core_initcall()會導致cma_init_reserved_areas()被調用：

1. static int __init cma_init_reserved_areas(void)  
2. {  
3.         struct cma_reserved *r = cma_reserved;  
4.         unsigned i = cma_reserved_count;  
5.   
6.         pr_debug("%s()\n", __func__);  
7.   
8.         for (; i; --i, ++r) {  
9.                 struct cma *cma;  
10.                 cma = cma_create_area(PFN_DOWN(r->start),  
11.                                       r->size >> PAGE_SHIFT);  
12.                 if (!IS_ERR(cma))  
13.                         dev_set_cma_area(r->dev, cma);  
14.         }  
15.         return 0;  
16. }  
17. core_initcall(cma_init_reserved_areas);