genalloc — 通用内存分配器

From: http://www.2cto.com/kf/201302/187782.html
genalloc 是 linux 内核提供的通用内存分配器，源码位于 lib/genalloc.c。这个分配器为独立于内核以外的内存块提供分配方法，采用的是最先适配原则，android 最新的 ION 内存管理器对 ION_HEAP_TYPE_CARVEOUT 类型的内存就是采用的这个分配器。

1、基础数据结构
首先看下分配器用到的几个数据结构，struct gen_pool 用来描述一个内存池：
[cpp]
struct gen_pool {
rwlock_t lock; /* 链表读写锁 */
struct list_head chunks; /* 内存池中内存块的链表 */
int min_alloc_order; /* 内存池最小分配单元的阶数，大小为 2^min_alloc_order */
};
在使用的时候需要向内存池中加入内存块，一个内存块即一大块连续的物理内存，用 struct gen_pool_chunk 来描述：
[cpp]
struct gen_pool_chunk {
spinlock_t lock; /* 操作内存块时用到的自旋锁 */
struct list_head next_chunk; /* 加入内存池的节点 */
unsigned long start_addr; /* 内存块的起始地址 */
unsigned long end_addr; /* 内存块的结束地址 */
unsigned long bits[0]; /* 内存块的位图 */
};
2、函数接口及调用方法
genalloc 用到的函数接口有下面几个：
[cpp]
/* 创建一个内存池，主要工作是完成 struct gen_pool 的初始化 */
struct gen_pool *gen_pool_create(int min_alloc_order, int nid);
/* 向内存池中加入内存块，addr 为起始地址，size 为大小 */
int gen_pool_add(struct gen_pool *pool, unsigned long addr, size_t size, int nid);
/* 销毁一个内存池 */
void gen_pool_destroy(struct gen_pool *pool);
/* 内存池分配内存的函数 */
unsigned long gen_pool_alloc(struct gen_pool *pool, size_t size);
/* 内存池释放内存的函数 */
void gen_pool_free(struct gen_pool *pool, unsigned long addr, size_t size);
对通用内存分配器的一般使用方法如下：
[cpp]
/* 初始化内存池，需要创建以及加入内存块，参数为：起始地址、大小、最小分配阶数 */
static void *mm_init(uint32_t addr, uint32_t size, uint32_t order)
{
struct gen_pool *pool;

pool = gen_pool_create(order, 0);
if (pool == NULL) {
return NULL;
}

if (gen_pool_add(pool, addr, size, 0) != 0) {
gen_pool_destroy(pool);

return NULL;
}

return pool;
}

/* 销毁内存池 */
static void mm_exit(void *handle)
{
gen_pool_destroy(handle);
}

/* 分配函数 */
static uint32_t mm_alloc(void *handle, uint32_t size)
{
return gen_pool_alloc(handle, size);
}

/* 释放函数 */
static void mm_free(void *handle, uint32_t addr, uint32_t size)
{
return gen_pool_free(handle, addr, size);
}

/* 提供给上一级内存管理器调用 */
struct xxx_mem_ops mm_ops = {
.init = mm_init,
.exit = mm_exit,
.alloc = mm_alloc,
.free = mm_free,
};
3、分配函数解析
genalloc 通过 gen_pool_alloc 函数来分配内存，下面我们分析一下这个函数的代码：
[cpp]
unsigned long gen_pool_alloc(struct gen_pool *pool, size_t size)
{
struct list_head *_chunk;
struct gen_pool_chunk *chunk;
unsigned long addr, flags;
int order = pool->min_alloc_order;
int nbits, bit, start_bit, end_bit;

if (size == 0)
return 0;

nbits = (size + (1UL << order) - 1) >> order; /* 计算申请的内存需要几个连续的最小单元 */

read_lock(&pool->lock);
list_for_each(_chunk, &pool->chunks) { /* 遍历内存池 */
chunk = list_entry(_chunk, struct gen_pool_chunk, next_chunk);

end_bit = (chunk->end_addr - chunk->start_addr) >> order; /* 计算当前内存池长度 */
end_bit -= nbits + 1;

spin_lock_irqsave(&chunk->lock, flags);
bit = -1;
while (bit + 1 < end_bit) { /* 循环查找最先适配的内存区 */
bit = find_next_zero_bit(chunk->bits, end_bit, bit + 1); /* 寻找为0的bit */
if (bit >= end_bit) /* 循环结束 */
break;

start_bit = bit; /* 起始位置 */
if (nbits > 1) { /* 如果申请的内存大于一个最小单元，查找连续的nbits个单元 */
bit = find_next_bit(chunk->bits, bit + nbits,bit + 1);
if (bit - start_bit < nbits)
continue;
}

addr = chunk->start_addr + ((unsigned long)start_bit << order); /* 计算申请的内存的起始地址 */
while (nbits--)
__set_bit(start_bit++, chunk->bits); /* 将申请到的单元全部标记为已用 */
spin_unlock_irqrestore(&chunk->lock, flags);
read_unlock(&pool->lock);
return addr;
}
spin_unlock_irqrestore(&chunk->lock, flags);
}
read_unlock(&pool->lock);
return 0;
}
因为是用的最先适配原则，所以逻辑比较简单，我们也可以根据自己的需求实现最适合分配器以及伙伴分配器。