什么是CMA

CMA是reserved的一块内存，用于分配连续的大块内存。

当设备驱动不用时，内存管理系统将该区域用于分配和管理可移动类型页面；
当设备驱动使用时，此时已经分配的页面需要进行迁移，又用于连续内存分配；

其用法与DMA子系统结合在一起充当DMA的后端，具体可参考《没有IOMMU的DMA操作》。

数据结构

struct cma {//CMA区域物理地址的起始页帧号unsigned long   base_pfn; //CMA区域总体的页数unsigned long   count;//位图，用于描述页的分配情况unsigned long   *bitmap;//位图中每个bit描述的物理页面的order值，其中页面数为2^order值unsigned int order_per_bit; /* Order of pages represented by one bit */struct mutex    lock;
#ifdef CONFIG_CMA_DEBUGFSstruct hlist_head mem_head;spinlock_t mem_head_lock;
#endifconst char *name;
};extern struct cma cma_areas[MAX_CMA_AREAS];
extern unsigned cma_area_count;

bitmap来管理其内存的分配，0表示free，1表示已经分配。
如果order_per_bit等于0，表示按照一个一个page来分配和释放，如果order_per_bit等于1，表示按照2个page组成的block来分配和释放，以此类推。
count说明该cma_areas内存有多少个page。它和order_per_bit一起决定了bitmap指针指向内存的大小。
base_pfn定义了该cma_areas的起始page frame number，base_pfn和count一起定义了该cma_areas在内存中的范围。

CMA区域 cma_areas 的创建

CMA区域的创建有两种方法，一种是通过dts的reserved memory，另外一种是通过command line参数和内核配置参数。

dts方式

reserved-memory {/* global autoconfigured region for contiguous allocations */linux,cma {compatible = "shared-dma-pool";reusable;size = <0 0x28000000>;alloc-ranges = <0 0xa0000000 0 0x40000000>;linux,cma-default;};
};

device tree中可以包含reserved-memory node，系统启动的时候会打开rmem_cma_setup

RESERVEDMEM_OF_DECLARE(cma, "shared-dma-pool", rmem_cma_setup);

command line方式

cma=nn[MG]@[start[MG][-end[MG]]]

static int __init early_cma(char *p)
{pr_debug("%s(%s)\n", __func__, p);size_cmdline = memparse(p, &p);if (*p != '@') {/*if base and limit are not assigned,set limit to high memory bondary to use low memory.*/limit_cmdline = __pa(high_memory);return 0;}base_cmdline = memparse(p + 1, &p);if (*p != '-') {limit_cmdline = base_cmdline + size_cmdline;return 0;}limit_cmdline = memparse(p + 1, &p);return 0;
}
early_param("cma", early_cma);

系统在启动的过程中会把cmdline里的nn, start, end传给函数dma_contiguous_reserve，流程如下：

setup_arch--->arm64_memblock_init--->dma_contiguous_reserve->dma_contiguous_reserve_area->cma_declare_contiguous

将CMA区域添加到Buddy System

为了避免这块reserved的内存在不用时候的浪费，内存管理模块会将CMA区域添加到Buddy System中，用于可移动页面的分配和管理。CMA区域是通过cma_init_reserved_areas接口来添加到Buddy System中的。

static int __init cma_init_reserved_areas(void)
{int i;for (i = 0; i < cma_area_count; i++) {int ret = cma_activate_area(&cma_areas[i]);if (ret)return ret;}return 0;
}
core_initcall(cma_init_reserved_areas);

其实现比较简单，主要分为两步：

把该页面设置为MIGRATE_CMA标志
通过__free_pages将页面添加到buddy system中

CMA分配

《没有IOMMU的DMA操作》里讲过，CMA是通过cma_alloc分配的。cma_alloc->alloc_contig_range(..., MIGRATE_CMA,...)，向刚才释放给buddy system的MIGRATE_CMA类型页面，重新“收集”过来。

用CMA的时候有一点需要注意：

也就是上图中黄色部分的判断。CMA内存在分配过程是一个比较“重”的操作，可能涉及页面迁移、页面回收等操作，因此不适合用于atomic context。比如之前遇到过一个问题，当内存不足的情况下，向U盘写数据的同时操作界面会出现卡顿的现象，这是因为CMA在迁移的过程中需要等待当前页面中的数据回写到U盘之后，才会进一步的规整为连续内存供gpu/display使用，从而出现卡顿的现象。

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIxMjE1MzU4OA==&mid=2648924073&idx=1&sn=bbaf5db820a1ef77b4b0e4190a816040&chksm=8f5d9a32b82a132499513fc05e637257aa7883010207d3593dd292f46cd2f69bbf4d0f32154f&token=1349594618&lang=zh_CN&scene=25#wechat_redirect

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