详谈Linux CMA内存分配与释放过程，优化资源利用

2023-08-12 01:22:29

CMA 内存管理：揭秘 Linux 中连续内存分配的秘密

简介

Linux 操作系统使用各种内存管理技术，包括分页、交换和 NUMA。其中，CMA（Continuous Memory Allocator）是一种专门用于分配大块连续内存的内存分配器。本博客将深入探讨 Linux CMA 内存分配与释放的过程，并介绍优化其性能的技巧。

CMA 内存分配过程

应用程序申请内存： 应用程序通过调用 malloc() 或 mmap() 函数请求分配一段连续的内存。
划分为页面： 内核将请求的内存空间划分为多个称为页面的较小内存块。
向 CMA 申请内存： 内核调用 CMA API（应用程序接口）向 CMA 分配器申请连续的内存页面。
分配连续内存： CMA 分配器在可用的内存池中查找一块连续的内存区域，并将其分配给应用程序。
使用连续内存： 应用程序可以利用这段连续内存存储数据或执行代码。

CMA 内存释放过程

当应用程序不再需要连续内存时，它会调用 free() 或 munmap() 函数将其释放。

释放内存： 应用程序调用 free() 或 munmap() 函数释放一段连续的内存。
划分为页面： 内核将释放的内存空间划分为页面。
通知 CMA 释放内存： 内核调用 CMA API 通知 CMA 分配器释放连续的内存页面。
标记可用并归还： CMA 分配器将连续内存页面标记为可用，并将其归还给内存池。

优化 CMA 性能

以下是优化 Linux CMA 内存分配与释放性能的技巧：

选择合适的内存分配器： 根据应用程序的需要选择合适的内存分配器。
调整 CMA 分配器参数： 调整 CMA 分配器的参数，例如页面的最小和最大大小，以满足应用程序的需求。
避免频繁分配和释放内存： 避免频繁分配和释放内存，以减少内存碎片。
使用 NUMA 感知策略： 使用 NUMA（非一致性内存访问）感知的内存分配策略，以优化对分布在不同节点上的内存的访问。
利用交换空间： 利用交换空间来缓解内存压力，并在需要时将不频繁使用的页面交换到磁盘。

代码示例

以下代码段演示了如何使用 mmap() 函数分配一段连续的 CMA 内存：

#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>

int main() {
    int fd = open("/dev/cma", O_RDWR);
    void *ptr = mmap(NULL, 1024 * 1024, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if (ptr == MAP_FAILED) {
        perror("mmap() failed");
        return -1;
    }

    // 使用连续内存
    
    munmap(ptr, 1024 * 1024);
    close(fd);
    return 0;
}