背景
Read the fucking source code!--By 魯迅A picture is worth a thousand words.--By 高爾基
說明：
- Kernel版本：4.14
- ARM64處理器，Contex-A53，雙核
- 使用工具：Source Insight 3.5， Visio
1. 概述
Contiguous Memory Allocator, CMA，連續記憶體分配器，用于分配連續的大塊記憶體，
CMA分配器，會Reserve一片物理記憶體區域：
- 設備驅動不用時，記憶體管理系統將該區域用于分配和管理可移動型別頁面；
- 設備驅動使用時，用于連續記憶體分配，此時已經分配的頁面需要進行遷移；
此外，CMA分配器還可以與DMA子系統集成在一起，使用DMA的設備驅動程式無需使用單獨的CMA API，
2. 資料結構
內核定義了struct cma結構，用于管理一個CMA區域，此外還定義了全域的cma陣列，如下：
struct cma {
unsigned long base_pfn;
unsigned long count;
unsigned long *bitmap;
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;
base_pfn：CMA區域物理地址的起始頁幀號；count：CMA區域總體的頁數；*bitmap：位圖，用于描述頁的分配情況；order_per_bit：位圖中每個bit描述的物理頁面的order值，其中頁面數為2^order值；
來一張圖就會清晰明了：
3. 流程分析
3.1 CMA區域創建
3.1.1 方式一 根據dts來配置
之前的文章也都分析過，物理記憶體的描述放置在dts中，最侄訓在系統啟動程序中，對dtb檔案進行決議，從而完成記憶體資訊注冊，
CMA的記憶體在dts中的描述示例如下圖：
在dtb決議程序中，會呼叫到rmem_cma_setup函式：
RESERVEDMEM_OF_DECLARE(cma, "shared-dma-pool", rmem_cma_setup);
3.1.2 方式二 根據引數或宏配置
可以通過內核引數或配置宏，來進行CMA區域的創建，最侄訓呼叫到cma_declare_contiguous函式，如下圖：
3.2 CMA添加到Buddy System
在創建完CMA區域后，該記憶體區域成了保留區域，如果單純給驅動使用，顯然會造成記憶體的浪費，因此記憶體管理模塊會將CMA區域添加到Buddy System中，用于可移動頁面的分配和管理，CMA區域是通過cma_init_reserved_areas介面來添加到Buddy System中的，
core_initcall(cma_init_reserved_areas);
core_initcall宏將cma_init_reserved_areas函式放置到特定的段中，在系統啟動的時候會呼叫到該函式，
3.3 CMA分配/釋放
- CMA分配，入口函式為
cma_alloc：
- CMA釋放，入口函式為
cma_release：
函式比較簡單，直接貼上代碼
/**
* cma_release() - release allocated pages
* @cma: Contiguous memory region for which the allocation is performed.
* @pages: Allocated pages.
* @count: Number of allocated pages.
*
* This function releases memory allocated by alloc_cma().
* It returns false when provided pages do not belong to contiguous area and
* true otherwise.
*/
bool cma_release(struct cma *cma, const struct page *pages, unsigned int count)
{
unsigned long pfn;
if (!cma || !pages)
return false;
pr_debug("%s(page %p)\n", __func__, (void *)pages);
pfn = page_to_pfn(pages);
if (pfn < cma->base_pfn || pfn >= cma->base_pfn + cma->count)
return false;
VM_BUG_ON(pfn + count > cma->base_pfn + cma->count);
free_contig_range(pfn, count);
cma_clear_bitmap(cma, pfn, count);
trace_cma_release(pfn, pages, count);
return true;
}
3.4 DMA使用
代碼參考driver/base/dma-contiguous.c，主要包括的介面有：
/**
* dma_alloc_from_contiguous() - allocate pages from contiguous area
* @dev: Pointer to device for which the allocation is performed.
* @count: Requested number of pages.
* @align: Requested alignment of pages (in PAGE_SIZE order).
* @gfp_mask: GFP flags to use for this allocation.
*
* This function allocates memory buffer for specified device. It uses
* device specific contiguous memory area if available or the default
* global one. Requires architecture specific dev_get_cma_area() helper
* function.
*/
struct page *dma_alloc_from_contiguous(struct device *dev, size_t count,
unsigned int align, gfp_t gfp_mask);
/**
* dma_release_from_contiguous() - release allocated pages
* @dev: Pointer to device for which the pages were allocated.
* @pages: Allocated pages.
* @count: Number of allocated pages.
*
* This function releases memory allocated by dma_alloc_from_contiguous().
* It returns false when provided pages do not belong to contiguous area and
* true otherwise.
*/
bool dma_release_from_contiguous(struct device *dev, struct page *pages,
int count);
在上述的介面中，實際呼叫的就是cma_alloc/cma_release介面來實作的，
整體來看，CMA分配器還是比較簡單易懂，也不再深入分析，
4.后記
記憶體管理的分析先告一段落，后續可能還會針對某些模塊進一步的研究與完善，
記憶體管理子系統，極其復雜，盤根錯節，很容易就懵圈了，盡管費了不少心力，也只能說略知皮毛，
學習就像是爬山，面對一座高山，可能會有心理障礙，但是當你跨越之后，再看到同樣高的山，心理上你將不再畏懼，
接下來將研究行程管理子系統，將任督二脈打通，
未來會持續分析內核中的各類框架，并發機制等，敬請關注，一起探討，
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標籤：Linux
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