這是我2012年上半年寫的文章，現在微信公眾號再次發表。

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));

該函數位于：drivers/base/dma-contiguous.c

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，來源于CONFIG_CMA_SIZE_MBYTES=16->

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里面的core_initcall()會導致cma_init_reserved_areas()被調用：

cma_create_area()會調用cma_activate_area(),cma_activate_area()函數則會針對每個page調用：

init_cma_reserved_pageblock(pfn_to_page(base_pfn));

這個函數則會通過set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA)將頁設置為MIGRATE_CMA類型的：

同時其中調用的__free_pages(page, pageblock_order);最終會調用到__free_one_page(page, zone, order, migratetype);相關的page會被加到MIGRATE_CMA的free_list上面去：

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

申請連續內存

申請連續內存仍然使用標準的arch/arm/mm/dma-mapping.c中定義的dma_alloc_coherent()和dma_alloc_writecombine()，這二者會間接調用drivers/base/dma-contiguous.c中的

->

->

int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,

unsigned migratetype)

需要隔離page，隔離page的作用通過代碼的注釋可以體現：

簡單地說，就是把相關的page標記為MIGRATE_ISOLATE，這樣buddy系統就不會再使用他們。

接下來調用__alloc_contig_migrate_range()進行頁面隔離和遷移:

其中的函數migrate_pages()會完成頁面的遷移，遷移過程中通過傳入的__alloc_contig_migrate_alloc()申請新的page，并將老的page付給新的page：

其中的unmap_and_move()函數較為關鍵，它定義在mm/migrate.c中

通過unmap_and_move()，老的page就被遷移過去新的page。

接下來要回收page，回收page的作用是，不至于因為拿了連續的內存后，系統變得內存饑餓：

->

->

釋放連續內存

內存釋放的時候也比較簡單，直接就是：

arch/arm/mm/dma-mapping.c：

將page交還給buddy。

內核內存分配的migratetype

內核內存分配的時候，帶的標志是GFP_，但是GFP_可以轉化為migratetype：

之后申請內存的時候，會對比遷移類型匹配的free_list：

另外，筆者也編寫了一個測試程序，透過它隨時測試CMA的功能：

/*

* kernel module helper for testing CMA

*

* Licensed under GPLv2 or later.

*/

#include

#include

#include

#include

#include

#define CMA_NUM 10

static struct device *cma_dev;

static dma_addr_t dma_phys[CMA_NUM];

static void *dma_virt[CMA_NUM];

/* any read request will free coherent memory, eg.

* cat /dev/cma_test

*/

static ssize_t

cma_test_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos)

{

int i;

for (i = 0; i < CMA_NUM; i++) {??

if (dma_virt[i]) {

dma_free_coherent(cma_dev, (i + 1) * SZ_1M, dma_virt[i], dma_phys[i]);

_dev_info(cma_dev, "free virt: %p phys: %p\n", dma_virt[i], (void *)dma_phys[i]);

dma_virt[i] = NULL;

break;

}

}

return 0;

}

/*

* any write request will alloc coherent memory, eg.

* echo 0 > /dev/cma_test

*/

static ssize_t

cma_test_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos)

{

int i;

int ret;

for (i = 0; i < CMA_NUM; i++) {??

if (!dma_virt[i]) {

dma_virt[i] = dma_alloc_coherent(cma_dev, (i + 1) * SZ_1M, &dma_phys[i], GFP_KERNEL);

if (dma_virt[i]) {

void *p;

/* touch every page in the allocated memory */

for (p = dma_virt[i]; p

*(u32 *)p = 0;

_dev_info(cma_dev, "alloc virt: %p phys: %p\n", dma_virt[i], (void *)dma_phys[i]);

} else {

dev_err(cma_dev, "no mem in CMA area\n");

ret = -ENOMEM;

}

break;

}

}

return count;

}

static const struct file_operations cma_test_fops = {

.owner = THIS_MODULE,

.read = cma_test_read,

.write = cma_test_write,

};

static struct miscdevice cma_test_misc = {

.name = "cma_test",

.fops = &cma_test_fops,

};

static int __init cma_test_init(void)

{

int ret = 0;

ret = misc_register(&cma_test_misc);

if (unlikely(ret)) {

pr_err("failed to register cma test misc device!\n");

return ret;

}

cma_dev = cma_test_misc.this_device;

cma_dev->coherent_dma_mask = ~0;

_dev_info(cma_dev, "registered.\n");

return ret;

}

module_init(cma_test_init);

static void __exit cma_test_exit(void)

{

misc_deregister(&cma_test_misc);

}

module_exit(cma_test_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

MODULE_AUTHOR("Barry Song <21cnbao@gmail.com>");

MODULE_DESCRIPTION("kernel module to help the test of CMA");

MODULE_ALIAS("CMA test");

申請內存：

#echo0>/dev/cma_test

釋放內存：

#cat/dev/cma_test