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简述

如果我们需要分配超过 4MB 内存时，使用 buddy 分配器的 alloc_pages() 是无法满足要求， 这时候就需要使用 CMA 分配器。

CMA（Contiguous Memory Allocator，连续内存分配器）是 Linux 内核中用于分配大块连续物理内存 的机制，主要用于 DMA、视频编解码、图像处理等场景。

CMA 在系统启动时通过 memblock 分配器预留一块连续的物理内存区域，在需要时进行动态分配和释放， 避免内存碎片化带来的分配失败问题。

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应用空间接口

$ cat /proc/meminfo
MemTotal:        8130560 kB
MemFree:         7986692 kB
CmaTotal:        1048576 kB
CmaFree:         1048576 kB

  • CmaTotal 代表 CMA 分配器的总大小，可知在系统启动时预留 1GB 连续物理内存。

  • CmaFree 代表 CMA 分配器的空闲内存大小。

当 CMA 分配器没有被人使用时，这一部分内存依然可以被系统使用，如上目前系统整体内存为 8GB， 虽然 CMA 分配器预留 1GB 内存，但是系统空闲内存还是 7.9GB。

当有人使用 CMA 分配器分配内存，从预留连续物理内存进行分配内存，如果这一块内存刚好被别人使用， 会通过内存规整将这一块内存腾空出来，这样 CMA 分配器就能够分配到空闲连续物理内存。

$ cat /proc/vmstat
nr_free_cma 262144
cma_alloc_success 0
cma_alloc_fail 0

  • nr_free_cma 代表 CMA 分配器空闲内存的页数

  • cma_alloc_success 代表 CMA 分配器分配内存成功次数

  • cma_alloc_fail 代表 CMA 分配器分配内存失败次数

  • alloc_pages_fail 代表 CMA 分配器分配内存失败次数

  • alloc_pages_success 代表 CMA 分配器分配内存成功次数

  • release_pages_success 代表 CMA 分配器释放内存次数

  • available_pages 代表 CMA 分配器空闲内存的页数

  • total_pages 代表 CMA 分配器所有内存的页数

CMA debugfs 接口用于测试 CMA 分配器的分配/释放内存操作，同时提供一些基础信息。

  • alloc 用于从 CMA 分配器分配 N 个页，如 echo n > alloc

  • free 用于将 N 个页释放到 CMA 分配器，如 echo n > free

  • order_per_bit 代表 bitmap 的一个位对应 order 个页

  • bitmap 代表 CMA 分配器管理物理内存的状态，一个位代表一个 order 页， 1 代表已分配出来，0 代表此页处于空闲状态

  • base_pfn 代表 CMA 分配器预留连续物理内存的基础 PFN

  • count 代表 CMA 分配器所有内存的页数

  • maxchunk 代表 CMA 分配器最大能够分配到多大的连续物理内存

  • used 代表 CMA 分配器分配出来的页数

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内核空间接口

  • cma_declare_contiguous_nid() 在系统启动时预留一块连续的物理内存区域

  • cma_alloc() 从 CMA 分配器分配内存

  • cma_release() 将内存释放到 CMA 分配器

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