什么是CMA内存分配技术

什么是CMA内存分配技术

CMA（Contiguous Memory Allocator）是智能连续内存分配技术，是Linux Kernel内存管理系统的扩展，目的在于解决视频播放（特别对于4K视频）需要预留大量连续内存导致运行内存紧张的问题。

1、 简介
连续内存分配器(CMA - Contiguous Memory Allocator)是一个框架，允许建立一个平台无关的配置，用于连续内存的管理。然后，设备所需内存都根据该配置进行分配。

这个框架的主要作用不是分配内存，而是解析和管理内存配置，以及作为在设备驱动程序和可插拔的分配器之间的中间组件。因此，它是与任何内存分配方法和分配策略没有依赖关系的。

2、为什么需要？
在嵌入式设备中，很多设备都没有支持scatter-getter和IO map，都需要连续内存块的操作。如设备：摄像机，硬件视频解码器，编码器等。

这些设备往往需要较大的内存缓冲区（如：一个200万像素的高清帧摄像机，需要超过6M的内存），该kmalloc内存分配机制对于这么大的内存是没有效果的。

一些嵌入式设备对缓冲区有一些额外的要求，比如：在含有多个内存bank的设备中，要求只能在特定的bank中中分配内存；而还有一些要定内存边界对齐的缓存区。

近来，嵌入式设备有了较大的发展(特别是V4L领域)，并且这些驱动都有自己的内存分配代码。它们众多的大多数都是采用bootmem分配方法。CMA框架企图采用统一的连续内存分配机制，并为这些设备驱动提供简单的API，而且是可以定制化和模块化的。

3、设计
CMA主要设计目标是提供一个可定制的模块化框架，并且是可以配置的，以适应个别系统的需要。配置指定的内存区域，然后将这些内存分配给制定的设备。这些内存区域可以共享给多个设备驱动，也可以专门分配一个。这是通过以下方式实现的：

1） CMA的核心不是处理内存分配和空闲空间管理。专用分配器是用来处理内存分配和空闲内存管理的。因此，如果现有的解决方案不符合给定的系统，那么可以开发一种新的算法，这种算饭可以很容易地插入到CMA框架中。

所提出的解决方案中包括一个最适算法(best-fit)的一个实现。

2）CMA允许运行时配置即将分配的内存区域。内存区域都是经由命令行给出的，所以可以很容易地改变它，而不需要重新编译内核。

每个地区都有自己的大小，对齐标准，起始地址（物理地址）和对应该内存区域的内存分配算法。

这意味着同一时刻可以有多中机制在运行，如果在一个平台上同时运行多个不同的设备，这些设备具有不同的存储器使用特性，那么局可以匹配最好的算法。

3）当设备请求内存时，设备必须“自我介绍”，即附带自己的信息以告知CMA。这样CMA可以知道谁分配内存。这允许系统架构师来指定哪个移动设备应该使用哪些存储区。

设备也可以指定一个“类”内存区域，这使得系统更容易配置，进而一个单一的设备可能使用来自不同内存区域的内存。例如，一个视频解码器驱动程序可能要分配一些共享的缓冲区，那么从第一个bank中分配一些，再从第二个bank中分配一些，可以获得尽可能高的内存吞吐量。

4、使用场景
虚构一个使用了CMA的系统，来观察一下其是如何使用和配置的。

有一个携带硬件视频解码器和摄像机的平台，每个设备在最坏的情况下可能需要20M的内存。在该系统中，这两个设备是不会同时使用的，并且内存是可能共享的。使用下面的两个命令行：

cma=r=20M cma_src=video,camera=r

第一个CMA指令是分配20M的内存，并且内存分配器是有效的；第二个表示，名称为“video”和“camera”的两个驱动从之前定义的内存区域中分配内存。

因为两者共享同一内存区域，相比于每个设备保留20M的内存区域，使得系统节省了20M的内存空进。

但是随着系统的发展和进化，平台上可能同时运行视频解码器和摄像机，那么20M的内存区域就不能满足需要了。那么可以通过命令快速解决：

cma=v=20M,c=20M cma_src=video=v;camera=c

从该解决方案中也可以看出CMA是如何为每一个设备分配所需的私有内存池的。

分配机制也能通过一种相似的方式进行替换。在测试中发现，当给定的内存区域大小为40M时，系统运行一段时间后，碎片会成为一个问题。因此，为了满足所需要求的缓存区大小，需要预留一个较大的缓存区。

但是不幸的是，你需要w设置一个新的分配算法——Neat Allocation Algorithm(简写na)，这两个设备对于内存有30M的需求：

cma=r=30M:na cma_src=video,camera=r

从上述示例可以看出，当CMA提供的算法不满足要求时，如何配置自己的分配算法，而不需要修改CMA或重编内核。

什么是CMA内存分配技术
CMA（Contiguous Memory Allocator）是智能连续内存分配技术，是Linux Kernel内存管理系统的扩展，目的在于解决视频播放（特别对于4K视频）需要预留大量连续内存导致运行内存紧张的问题。
1、 简介
连续内存分配器(CMA - Contiguous Memory Allocator)是一个框架，允许建立一个平台无关的配置，用于连续内存的管理。然后，设备所需内存都根据该配置进行分配。

这个框架的主要作用不是分配内存，而是解析和管理内存配置，以及作为在设备驱动程序和可插拔的分配器之间的中间组件。因此，它是与任何内存分配方法和分配策略没有依赖关系的。
2、为什么需要？
在嵌入式设备中，很多设备都没有支持scatter-getter和IO map，都需要连续内存块的操作。如设备：摄像机，硬件视频解码器，编码器等。

这些设备往往需要较大的内存缓冲区（如：一个200万像素的高清帧摄像机，需要超过6M的内存），该kmalloc内存分配机制对于这么大的内存是没有效果的。

一些嵌入式设备对缓冲区有一些额外的要求，比如：在含有多个内存bank的设备中，要求只能在特定的bank中中分配内存；而还有一些要定内存边界对齐的缓存区。

近来，嵌入式设备有了较大的发展(特别是V4L领域)，并且这些驱动都有自己的内存分配代码。它们众多的大多数都是采用bootmem分配方法。CMA框架企图采用统一的连续内存分配机制，并为这些设备驱动提供简单的API，而且是可以定制化和模块化的。
3、设计
CMA主要设计目标是提供一个可定制的模块化框架，并且是可以配置的，以适应个别系统的需要。配置指定的内存区域，然后将这些内存分配给制定的设备。这些内存区域可以共享给多个设备驱动，也可以专门分配一个。这是通过以下方式实现的：

1） CMA的核心不是处理内存分配和空闲空间管理。专用分配器是用来处理内存分配和空闲内存管理的。因此，如果现有的解决方案不符合给定的系统，那么可以开发一种新的算法，这种算饭可以很容易地插入到CMA框架中。

所提出的解决方案中包括一个最适算法(best-fit)的一个实现。

2）CMA允许运行时配置即将分配的内存区域。内存区域都是经由命令行给出的，所以可以很容易地改变它，而不需要重新编译内核。

每个地区都有自己的大小，对齐标准，起始地址（物理地址）和对应该内存区域的内存分配算法。

这意味着同一时刻可以有多中机制在运行，如果在一个平台上同时运行多个不同的设备，这些设备具有不同的存储器使用特性，那么局可以匹配最好的算法。

3）当设备请求内存时，设备必须“自我介绍”，即附带自己的信息以告知CMA。这样CMA可以知道谁分配内存。这允许系统架构师来指定哪个移动设备应该使用哪些存储区。

设备也可以指定一个“类”内存区域，这使得系统更容易配置，进而一个单一的设备可能使用来自不同内存区域的内存。例如，一个视频解码器驱动程序可能要分配一些共享的缓冲区，那么从第一个bank中分配一些，再从第二个bank中分配一些，可以获得尽可能高的内存吞吐量。

4、使用场景
虚构一个使用了CMA的系统，来观察一下其是如何使用和配置的。

有一个携带硬件视频解码器和摄像机的平台，每个设备在最坏的情况下可能需要20M的内存。在该系统中，这两个设备是不会同时使用的，并且内存是可能共享的。使用下面的两个命令行：

cma=r=20M cma_map=video,camera=r

第一个CMA指令是分配20M的内存，并且内存分配器是有效的；第二个表示，名称为“video”和“camera”的两个驱动从之前定义的内存区域中分配内存。

因为两者共享同一内存区域，相比于每个设备保留20M的内存区域，使得系统节省了20M的内存空进。

但是随着系统的发展和进化，平台上可能同时运行视频解码器和摄像机，那么20M的内存区域就不能满足需要了。那么可以通过命令快速解决：

cma=v=20M,c=20M cma_map=video=v;camera=c

从该解决方案中也可以看出CMA是如何为每一个设备分配所需的私有内存池的。

分配机制也能通过一种相似的方式进行替换。在测试中发现，当给定的内存区域大小为40M时，系统运行一段时间后，碎片会成为一个问题。因此，为了满足所需要求的缓存区大小，需要预留一个较大的缓存区。

但是不幸的是，你需要w设置一个新的分配算法——Neat Allocation Algorithm(简写na)，这两个设备对于内存有30M的需求：

cma=r=30M:na cma_map=video,camera=r

从上述示例可以看出，当CMA提供的算法不满足要求时，如何配置自己的分配算法，而不需要修改CMA或重编内核。
传统盒子内存技术的作用
目前市场上支持4K超高清分辨率的产品，一般的做法都会预留部分内存出来，这部分预留的内存平时不用，只在播放4K超高清视频上使用。不过这样也会造成正常功能的内存减少，在负担大型任务时会影响流畅性。
CMA内存分配技术的作用
小米盒子1G增强版使用了优化后的CMA智能连续内存分配技术，平时会将为4K播放所预留的大块连续内存分配给其他程序使用，充分保证系统的流畅性，在播放4K视频时快速将内存分配给视频播放程序，也保证了4K播放的流畅性。
小米盒子1G增强版使用的是小米公司优化的CMA内存分配技术，使得小米盒子的内存使用更加有效率，完善了Linux内核的内存管理策略，在做好小米盒子产品的本身，也对Linux技术发展做出了很大贡献。