MTK Linux DRM分析（二十）- KMS drm_mm.c drm_vma_manager.c

一、代码分析

1. 代码分析

drm_mm.c 的分析

概述：这是一个通用的简单内存范围分配器（range allocator），专为 DRM（Direct Rendering Manager）子系统设计，用于管理 GPU 或图形驱动中的内存区域分配。它不进行实际内存分配，而是跟踪和管理范围（ranges），支持预分配块的保留、颜色调整（用于缓存域等限制）、对齐限制和范围限制。内部使用间隔树（interval tree）和红黑树（rb-tree）来优化查找和插入操作。算法简单，适合 GPU 的特殊需求，但不追求极致性能（如碎片化优化）。它支持自底向上（bottom-up）和自顶向下（top-down）的分配策略，以及扫描模式用于驱逐（evict）对象以腾出空间。关键数据结构：
drm_mm：分配器主结构，包含间隔树、孔洞栈（hole stack）和红黑树，用于跟踪节点和空闲孔洞。drm_mm_node：表示分配的节点，包含起始地址、大小、颜色等。
特性：
支持预保留节点（reserve node），用于接管固件配置。支持扫描模式（scan mode），用于 LRU（Least Recently Used）驱逐，以腾出连续空间。调试功能：内存泄漏跟踪和打印分配状态。非线程安全：驱动程序需自行加锁。
潜在问题：碎片化可能导致性能问题，但适合 GPU 的线性分配需求。

drm_vma_manager.c 的分析

概述：这是一个 VMA（Virtual Memory Area）偏移管理器，用于将驱动程序特定的内存区域映射到用户空间的线性地址空间。它提供偏移量（offsets），允许用户空间通过 mmap 系统调用访问 DRM 设备内存。它确保区域不重叠、大小合适，并避免与内核 mm-core 冲突。内部使用 drm_mm 作为后端进行实际范围分配，但添加了访问控制（allow/revoke）和快速查找（rb-tree）。它不用于 VMEM（视频内存）对象放置，仅用于用户空间线性 VM 映射。关键数据结构：
drm_vma_offset_manager：管理器结构，包含 drm_mm 作为地址空间后端，以及读写锁。drm_vma_offset_node：节点结构，嵌入 drm_mm_node，并添加访问控制的 rb-tree（用于文件标签）。drm_vma_offset_file：表示允许访问的文件标签（tag），用于权限管理。
特性：
支持页面对齐的偏移分配。访问控制：通过 allow/revoke 管理文件上下文的访问权限，防止未授权 mmap。查找优化：使用 rb-tree 加速偏移查找。与 mm-core 兼容：确保 VM 是线性的，避免多管理器冲突。
潜在问题：节点分配/销毁由调用者负责；必须严格匹配 allow 和 revoke 以避免内存泄漏。

两个代码之间的联系

依赖关系：drm_vma_manager.c 强烈依赖 drm_mm.c，将其作为后端使用。具体来说：

drm_vma_offset_manager 内部的 vm_addr_space_mm 是 drm_mm 的实例，用于实际管理偏移范围。drm_vma_offset_manager_init 调用 drm_mm_init 初始化后端。drm_vma_offset_manager_destroy 调用 drm_mm_takedown 清理后端。drm_vma_offset_add 调用 drm_mm_insert_node 插入节点。drm_vma_offset_remove 调用 drm_mm_remove_node 移除节点。drm_vma_offset_lookup_locked 间接使用 drm_mm 的间隔树（通过手动遍历 rb-tree 来模拟查找）。
功能互补：drm_mm.c 提供低级范围分配（纯内存管理），而 drm_vma_manager.c 在其基础上添加用户空间映射支持、访问控制和快速查找。drm_mm.c 是通用工具，可独立使用；drm_vma_manager.c 是其上层封装，专为 VMA 偏移设计。使用场景：在 DRM 驱动中，drm_mm.c 用于内部内存管理（如缓冲区分配），drm_vma_manager.c 用于暴露给用户空间的映射（如帧缓冲区或共享内存）。如果驱动需要用户空间访问，必须结合两者使用。联系点总结：drm_vma_manager.c 是 drm_mm.c 的应用层扩展，提供额外的用户空间功能，而不重复实现核心分配逻辑。这避免了代码冗余，并保持 DRM 子系统的模块化。

2. 函数调用关系图（基于文本）

以下是基于两个代码内容的函数调用关系图，以树状结构表示。图中重点突出主要函数及其内部调用（包括辅助函数和宏）。由于代码使用宏（如 INTERVAL_TREE_DEFINE）和内联函数，我将它们简化表示。调用图按代码文件分开，最后在联系中整合。

drm_mm.c 的函数调用关系图



drm_mm_init
├── add_hole (初始化 head_node 的孔洞)
└── INIT_LIST_HEAD / RB_ROOT_CACHED (初始化链表和树)
 
drm_mm_reserve_node
├── find_hole_addr (查找孔洞)
├── add_hole (如果有剩余空间，添加新孔洞)
├── rm_hole (移除旧孔洞)
├── drm_mm_interval_tree_add_node (插入间隔树)
├── list_add (添加到节点链表)
└── save_stack (调试栈跟踪)
 
drm_mm_insert_node_in_range
├── first_hole (根据模式查找第一个孔洞)
├── next_hole (迭代下一个孔洞)
├── drm_mm_interval_tree_add_node (插入间隔树)
├── add_hole (添加剩余孔洞)
├── rm_hole (移除旧孔洞)
├── list_add (添加到节点链表)
└── save_stack (调试栈跟踪)
 
drm_mm_remove_node
├── drm_mm_interval_tree_remove (从间隔树移除)
├── list_del (从节点链表移除)
├── rm_hole (移除相关孔洞)
└── add_hole (合并新孔洞)
 
drm_mm_replace_node
├── rb_replace_node_cached (替换间隔树节点)
├── list_replace (替换节点链表)
├── rb_replace_node_cached (替换孔洞大小树)
└── rb_replace_node (替换孔洞地址树)
 
drm_mm_scan_init_with_range
└── (仅设置 scan 结构，无外部调用)
 
drm_mm_scan_add_block
├── list_prev_entry (获取前一个节点)
├── __list_del_entry (临时移除节点以扩大孔洞)
├── mm->color_adjust (可选颜色调整)
└── (更新 hit_start/hit_end)
 
drm_mm_scan_remove_block
├── list_prev_entry (获取前一个节点)
├── list_add (恢复节点到链表)
└── (检查是否重叠 hit 范围)
 
drm_mm_scan_color_evict
├── list_for_each_entry (查找匹配孔洞)
└── mm->color_adjust (调整颜色以查找重叠节点)
 
drm_mm_takedown
└── show_leaks (调试泄漏检查)
 
drm_mm_print
├── drm_mm_dump_hole (打印孔洞)
└── drm_mm_for_each_node (迭代节点打印)

辅助函数/宏：包括 add_hole、rm_hole、best_hole、find_hole_addr、next_hole 等，用于内部树/链表操作。宏如 INTERVAL_TREE_DEFINE 定义间隔树操作；DECLARE_NEXT_HOLE_ADDR 定义 next_hole_high_addr/next_hole_low_addr。

drm_vma_manager.c 的函数调用关系图



drm_vma_offset_manager_init
├── rwlock_init (初始化锁)
└── drm_mm_init (调用 drm_mm.c 初始化后端)
 
drm_vma_offset_manager_destroy
└── drm_mm_takedown (调用 drm_mm.c 清理后端)
 
drm_vma_offset_lookup_locked
├── (手动遍历 mgr->vm_addr_space_mm 的 rb_root)
└── (返回匹配节点，无外部调用)
 
drm_vma_offset_add
├── write_lock (加写锁)
├── drm_mm_insert_node (调用 drm_mm.c 插入节点)
└── write_unlock (解锁)
 
drm_vma_offset_remove
├── write_lock (加写锁)
├── drm_mm_remove_node (调用 drm_mm.c 移除节点)
└── write_unlock (解锁)
 
drm_vma_node_allow
├── write_lock (加写锁)
├── (遍历 rb_tree 查找或插入 drm_vma_offset_file)
├── rb_insert_color (插入 rb-tree)
└── write_unlock (解锁)
 
drm_vma_node_revoke
├── write_lock (加写锁)
├── (遍历 rb_tree 查找并递减计数)
├── rb_erase (如果计数为0，移除节点)
└── write_unlock (解锁)
 
drm_vma_node_is_allowed
├── read_lock (加读锁)
├── (遍历 rb_tree 查找标签)
└── read_unlock (解锁)

辅助函数/宏：包括 rb-tree 操作（如 rb_link_node、rb_insert_color、rb_erase），用于访问控制链表。锁（rwlock）用于并发保护。

整体函数调用关系图（整合联系）



drm_vma_offset_manager_init
└── drm_mm_init (从 drm_vma_manager.c 调用 drm_mm.c)
 
drm_vma_offset_manager_destroy
└── drm_mm_takedown (从 drm_vma_manager.c 调用 drm_mm.c)
 
drm_vma_offset_add
└── drm_mm_insert_node (从 drm_vma_manager.c 调用 drm_mm.c 的插入变体)
 
drm_vma_offset_remove
└── drm_mm_remove_node (从 drm_vma_manager.c 调用 drm_mm.c)
 
drm_vma_offset_lookup_locked
└── (间接使用 drm_mm.c 的间隔树，通过 rb-tree 遍历查找节点)

说明：在整合图中，突出 drm_vma_manager.c 如何调用 drm_mm.c 的核心函数，实现偏移管理。其他函数（如访问控制）独立于 drm_mm.c，但节点嵌入 drm_mm_node，确保一致性。

二、drm_mm.c drm_vma_manager.c drm_prime.c drm_gem.c drm_frambuffer.c drm_vm.c关系和区别

这些文件都是 Linux DRM 内存管理子系统里的一部分，它们主要围绕 显存/系统内存分配、用户态映射、跨进程/跨设备共享 这几个核心点展开。下面我帮你梳理一下它们的 关系和区别：

1. `drm_mm.c`

核心功能：一个通用的内存分配器（范围分配器）。

机制：管理一段线性地址空间（通常是显存 VRAM 或 I/O 映射区），支持分配/释放子区间。

应用场景：

GPU VRAM 分配

GTT（Graphics Translation Table）地址分配

不关心内存的具体类型，只是管理一块“区间”。

👉 它是 DRM 内存管理的最底层工具，很多驱动（包括 GEM/TTM）都会用。

2. `drm_vma_manager.c`

核心功能：管理 用户态 mmap 的虚拟地址区间。

作用：当用户通过 mmap() 映射 GEM buffer 到进程空间时，用 drm_vma_offset_manager 来管理这些 VMA 区域。

区别于 drm_mm.c：

drm_mm 管理 显存/IO 区域。

drm_vma_manager 管理 用户进程虚拟地址区间。

3. `drm_prime.c`

核心功能：处理 跨设备/跨进程 buffer 共享，基于 DMA-BUF 框架。

功能点：

将 GEM 对象导出为 dma-buf (drm_gem_prime_export)

将外部 dma-buf 导入为 GEM (drm_gem_prime_import)

场景：

Camera ISP 抓取图像 buffer → GPU 使用 → Display 显示

Android 的 Gralloc/GraphicBufferManager 中大量使用

4. `drm_gem.c`

核心功能：提供 GEM (Graphics Execution Manager) 框架的通用支持。

内容：

GEM 对象创建、销毁、引用计数

内核对象和用户句柄之间的映射

和 mmap、ioctl 框架的对接

地位：几乎所有现代 DRM 驱动都基于 GEM。

联系：

GEM 内部可能用 drm_mm 来分配显存

GEM 的 mmap 依赖 drm_vma_manager

GEM 的共享依赖 drm_prime

5. `drm_framebuffer.c`

核心功能：管理 Framebuffer（帧缓冲）对象。

作用：

将 GEM buffer 绑定成一个 framebuffer

提供 fb create/destroy API

用于 KMS (Kernel Mode Setting) → CRCT/LCD Controller 显示

关系：

framebuffer 本质上就是一个 GEM buffer 的封装，附带分辨率、像素格式等元数据。

所以 framebuffer = (GEM buffer + 显示参数)。

6. `drm_vm.c`

核心功能：提供 DRM 的 vm_ops（虚拟内存操作）实现。

用途：当用户 mmap GEM buffer 时，处理 fault() 回调，将物理页映射到用户态。

关系：

drm_vm.c + drm_vma_manager.c 一起实现 GEM → 用户态的 mmap。

GEM 驱动一般会提供 drm_gem_vm_ops，由 drm_vm.c 提供。



         用户空间
        +-----------------+
        | mmap/ioctl/FD   |
        +--------+--------+
                 |
         drm_vma_manager.c   (管理用户态VMA区间)
                 |
         drm_vm.c           (处理缺页, 页表映射)
                 |
         drm_gem.c          (GEM对象：创建/销毁/引用)
           |       
           |        drm_prime.c   (跨设备共享, dma-buf)
           |
         drm_mm.c           (显存/地址区间分配)
           |
         驱动平台内存 (VRAM/GTT/系统内存)
 
   drm_framebuffer.c   (把GEM封装成Framebuffer供显示)