[发明专利]基于CMA实现支持大内存连续分配的内存管理方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于CMA实现支持大内存连续分配的内存管理方法及系统，包括建立全局位图；将连续内存分配模块CMA中各个分散的cma区域的位图映射到全局位图中，形成内存页‑cma区域‑节点层级组织结构；当需要分配连续物理页面时，基于全局位图分配连续物理页面，且在完成分配后更新全局位图中的连续物理页面的分配状态；当需要释放连续物理页面时，则释放连续物理页面，并更新被释放连续物理页面在全局位图中状态为未分配状态以供备用。本发明针对加速器从CPU获取数据时因寻址延迟产生的性能瓶颈，通过为数据分配大面积连续空间并进行连续映射，为加速器提供连续内存地址，实现寻址延迟最小化，从而大大提升计算性能。

技术领域

本发明涉及计算机操作系统领域，具体涉及一种基于CMA实现支持大内存连续分配的内存管理方法及系统。

背景技术

加速器是提高计算机性能的重要手段之一。典型的异构加速器主要分为两种：片外加速器和片上加速器。片外加速器，如显卡等，是目前较为常用的加速器，通过PCI总线从CPU获取数据进行计算。片上加速器则支持与CPU共享内存，以申威芯片为例，它具有4个较大的核用于管理计算机的运行，256个较小的核则用于加速计算。目前在全球超级计算机Top500榜单中排名第一的富岳超级计算机采用的也是类似的结构。

不论片外加速器还是片上加速器，如何快速获取数据都是一直以来的性能瓶颈，为了缓解这个问题，CPU被要求更有效地组织好内存数据，以便加速器访问。一个解决办法是将加速器所需的数据存储在连续的内存地址上。当前Linux已经可以利用DMA分配一些连续的页面，但对于加速器来说，DMA的限制在于可一次性分配的内存太少，难以支持大规模应用的内存需求，并且多次DMA操作也大大增加了时间成本。

为了满足用户日益增加的内存需求，一些计算机选择将多块内存组合起来，以形成一个更大的内存空间，这就导致了同一块内存在CPU和加速器的视角下可能拥有不同的地址。此外，一些片上加速器没有虚拟内存机制，应用无法通过连续的逻辑地址进行访存，这也是数据获取速度的一个制约因素。