【Linux系列】CMA (Contiguous Memory Allocator) 简单介绍

CMA (Contiguous Memory Allocator)

CMA是Linux内核中的一种内存分配机制，用于分配物理上连续的内存块。它主要解决了在系统运行一段时间后，物理内存碎片化导致难以分配大块连续物理内存的问题。

CMA的工作原理

1. 在系统启动时，CMA会预留一块连续的物理内存区域。
2. 这块内存在正常情况下可以被普通进程使用。
3. 当需要分配大块连续物理内存时，CMA会将这些普通进程的内存迁移出去。
4. 迁移完成后，就可以分配出所需的连续物理内存块。

CMA的配置

CMA可以通过内核启动参数或设备树进行配置：

1. 内核启动参数方式：

   cma=128M@0-2G
   

   这表示在0-2G的物理内存范围内预留128M的CMA区域。

2. 设备树方式：

   reserved-memory {
       #address-cells = <2>;
       #size-cells = <2>;
       ranges;
       cma_region: cma@10000000 {
           compatible = "shared-dma-pool";
           reusable;
           reg = <0x0 0x10000000 0x0 0x8000000>;
       };
   };
   

   这定义了一个从0x10000000开始，大小为128M的CMA区域。

查看CMA信息

1. 使用 dmesg 命令查看启动日志中的CMA信息：

   $ dmesg | grep cma
   [    1.064932] OF: reserved mem: initialized node linux,cma, compatible id shared-dma-pool
   [    1.162326] Memory: 1999260K/2078720K available (17408K kernel code, 2124K rwdata, 5528K rodata, 3200K init, 805K bss, 71268K reserved, 8192K cma-reserved)
   

   这里可以看到CMA预留了8192K（8MB）的内存。

2. 查看 /proc/meminfo 文件：

   $ cat /proc/meminfo | grep CMA
   CmaTotal:          8192 kB
   CmaFree:           8192 kB
   

   这显示了CMA总大小和当前可用大小。

3. 使用 cat /proc/iomem 命令查看CMA内存区域：

   $ cat /proc/iomem | grep cma
   10000000-107fffff : cma-reserved
   

   这显示了CMA预留内存的物理地址范围。

4. 对于支持CMA的设备，可以查看其sysfs条目：

   $ ls /sys/devices/.../cma/
   

   这里可能会显示设备特定的CMA使用情况。

5. 在某些系统上，可以通过debugfs查看更详细的CMA信息：

   $ cat /sys/kernel/debug/cma/cma-*

这可能会显示CMA区域的使用统计和分配情况。

CMA的优势

1. 解决了运行时大块连续物理内存分配的问题。
2. 提高了内存利用率，预留的CMA区域在不使用时可以被其他进程使用。
3. 对于需要DMA的设备驱动非常有用，如视频处理、图形加速等。

CMA的局限性

1. 内存迁移过程可能会引入一定的延迟。
2. 不适合实时性要求极高的场景。
3. 需要合理规划CMA区域大小，过大会浪费内存，过小则可能无法满足需求。

注意事项

• CMA内存分配应该谨慎使用，仅在确实需要大块连续物理内存时才使用。
• 在使用CMA时，要注意可能的内存竞争问题，合理规划CMA区域大小。
• 在多核系统中使用CMA时，需要考虑NUMA架构的影响。

通过合理使用和监控CMA，可以有效解决某些硬件设备对大块连续物理内存的需求，提高系统的灵活性和性能。定期检查CMA使用情况可以帮助优化系统配置和应用程序设计。