Linux Kernel内存分配方式

　　这周BSP那边碰到一个蛮严重的issue：

　　循环放电影,v4l2 output driver的 dma_alloc很容易就失败,kernel panic,dump出当前buddy系统的状态.

　　初步分析是内存fragment导致没有足够大的连续内存分配给v4l output driver.开始debug

　　通过/proc/buddyinfo 在播放电影时候不间断的dump buddy状态,发现大块内存块：256K － 4MB block

　　减少的很迅速,1－2小时后,buddy中就不存在大块连续内存.这证明了初步分析是正确的,但是还不知道

　　是谁导致了fragment,是应用层,还是v4l2 driver本身？

　　接下来添加一个NORMAL zone（arm体系中就DMA一个zone,application和dma都使用一个buddy系统）,

　　让普通内存分配和dma隔开.继续测试,发现dma zone中的内存块状态在最初很正常,但NORMAL zone的内存

　　却在急剧减少,最终NORMAL zone已经没有足够内存给application,kernel转而向DMA zone申请,

　　最终issue重现.

　　现在问题很清楚了,application发生内存leak,很严重的leak.但是dma_alloc这边会没有问题马？

　　Fred在看了我描述的问题后,指出了dma_alloc中算法的一些问题：当向buddy申请完足够size的2^的内存块后,

　　该函数会释放在申请块中多余的page,加速了fragment.后来我们做了一个实验,将dma_alloc里的释放多余

　　页的功能去掉,fragment的速度大大减缓.

　　经过上周对这个issue的研究,我开始重新总结kernel里对内存分配的方式和方法,总结如下：

　　页分配

　　unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)

　　直接从buddy系统中获得原始页.最原始的分配方式.

　　slab分配器

　　1. 通用 cache

　　void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags)

　　kmalloc 基于以下几种size的mem cache：32, 64, 128, 256, 512, 1,024, 2,048, 4,096,

　　8,192, 16,384, 32,768, 65,536 和 131,072 bytes.其本质也是调用kmem_cache_alloc来分配

　　object.kmalloc一次最大可分配的size为128KB.kmalloc分配速度很快,在分配时需注意gfp flag

　　参数：在不interrupt上下文（ISR, softirq, tasklet）及不可睡眠上下文使用GFP_ATOMIC.

　　内核还增加了内存清零的分配函数：kzalloc.

　　2. 专用 cache

　　kmem_cache_create()

　　void *kmem_cache_alloc(struct kmem_cache *cachep, gfp_t flags)

　　如果你需要频繁的分配和释放某个结构,建议不要采用kmalloc,而是自己在slab系统中创建memory cache.

　　指定该结构的object size.分配时使用kmem_cache_alloc.同样的slab object大小也有限制,一般情况

　　下一个MAX_OBJ_ORDER是5,也就是32个页,128KB.

　　非连续内存分配

　　void *vmalloc(unsigned long size)

　　超过128KB的内存显然不能使用slab分配,并且当申请的连续内存大小不能在buddy系统中得到满足,那么

　　就需要使用vmalloc.vmalloc为了把物理的非连续页一个个映射,从而导致比直接内存映射大的多的

　　后援缓冲区抖动.除非需要特别大的内存,否则尽量不要使用vmalloc.

　　基于DMA 分配

　　void * dma_alloc_coherent(struct device *dev, size_t size, dma_addr_t *handle, gfp_t gfp)

　　在某些arch中,可以使用dma_alloc_coherent来分配DMA专用内存.列入在arch/arm/mm/consistent.c

　　中,该函数先分配最小可满足size的2^order内存,然后释放2^order-size多余的页给buddy.而arch/i386/

　　kernel/pci-dma.c中,则直接分配2^order块内存.

　　直接映射分配

　　ioremap(unsigned long phys_addr, size_t size)

　　int remap_pfn_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr,

　　unsigned long pfn, unsigned long size, pgprot_t prot)

　　在某些体系结构中,我们可以保留memory map段上的某一个区域,作为dma或其他设备的专有内存.

　　这段内存并不在kernel buddy的控制之下（没有被放入mem_maps）,你也无法从以上几种分配方式中得到

　　这些内存.这个时候,你可以用ioremap和remap_pfn_range将这段内存直接映射到vm上.

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