Linux内存管理 —— DMA和一致性缓存

最新推荐文章于 2025-06-08 10:44:03 发布

落尘纷扰

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分类专栏： Linux内核源码 ARM开发 Linux系统 Linux内存管理文章标签：缓存一致性 DMA

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/jasonchen_gbd/article/details/79462064

本文探讨了Linux内存管理中的DMA和一致性缓存问题。出现内存不一致的原因在于CPU的write back策略和DMA操作不访问CPU cache。为解决一致性问题，Linux提供了如dma_alloc_coherent()和dma_free_coherent()等API，以及流式DMA映射方法。通过这些接口，内核可以确保DMA操作时内存的一致性。

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1. 出现内存不一致的原因

CPU写内存的时候有两种方式：
1. write through: CPU直接写内存，不经过cache。
2. write back: CPU只写到cache中。cache的硬件使用LRU算法将cache里面的内容替换到内存。通常是这种方式。

DMA可以完成从内存到外设直接进行数据搬移。但DMA不能访问CPU的cache，CPU在读内存的时候，如果cache命中则只是在cache去读，而不是从内存读，写内存的时候，也可能实际上没有写到内存，而只是直接写到了cache。
这里写图片描述

这样一来，如果DMA从将数据从外设写到内存，CPU中cache中的数据（如果有的话）就是旧数据了，这时CPU在读内存的时候命中cache了，就是读到了旧数据；CPU写数据到内存时，如果只是先写到了cache，则内存里的数据就是旧数据了。这两种情况（两个方向）都存在cache一致性问题。例如，网卡发包的时候，CPU将数据写到cache，而网卡的DMA从内存里去读数据，就发送了错误的数据。
这里写图片描述