Linux下内存的描述解析:CMM、POOL、共享内存、RAMDisk(基于AX615)

本文约3200字，今天培训会上有做算法的同事问POOL是什么？不做Linux应用的，可能确实不知道，本文来系统梳理下Linux下关于内存的一些名词术语，也更深入理解这些不同内存叫法的含义与用法。

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一、先搞懂平台背景

从 project.mak 文件看 DDR 布局：

• 总 DDR：128MB，地址范围 0x40000000 ~ 0x47FFFFFF
• OS_MEM：前 62MB，供 Linux 内核 / RTOS / 模型 / ramdisk / gzip 缓冲使用
• CMM 区域：剩余所有 DDR，地址范围 0x43B00000 ~ 0x47FFFFFF，专供多媒体、AI、视频编解码、ISP 使用

OS_MEM_SIZE := 62
CMM_START_ADDR = SYS_DRAM_BASE + OS_MEM_SIZE
CMM_SIZE = 总DDR - OS_MEM_SIZE
CMM_POOL_PARAM := anonymous,0,$(CMM_START_ADDR),$(CMM_SIZE)M

AXERA 平台的 CMM = Chip Multimedia Memory，是厂商自定义的一大块物理连续内存池，不属于 Linux 标准内核内存管理，是独立预留的大块物理内存。

行业同类概念对照

海思平台多媒体专用内存叫 MMZ（Media Memory Zone），AXERA 叫 CMM，二者定位、用途高度相似，但属于不同厂商私有内存分区机制，不能等同：

OS_MEM 内部细分内存模块（含 RAMDisk）

OS_MEM 62MB 是 Linux 标准操作系统内存域，包含几类完全不同的内存资源，和尾部 CMM 物理隔离：

1. Linux 内核基础内存：内核代码、页表、buddy 系统、slab、进程运行堆栈、vmalloc/kmalloc 常规内存
2. RTOS 运行内存：双核 RTOS 固件、任务栈、RPMSG 通信缓冲
3. AI 模型加载内存：轻量模型可放 OS_MEM，大张量必须放 CMM
4. RAMDisk 内存（tmpfs/传统 ramdisk）：本文重点内存盘，全部占用 OS_MEM 空间，不会占用 CMM
5. 系统缓冲：文件页缓存、gzip 解压缓冲、日志临时缓存、/tmp、/dev/shm 等 tmpfs 挂载区

关键分区约束：OS_MEM 与 CMM 地址空间完全隔离，ramdisk 扩容会挤占内核、应用、系统缓存可用内存，不会占用 CMM 多媒体内存；反之调大 CMM_SIZE，OS_MEM 同步缩小，ramdisk 可用上限同步减少，极易出现 ramdisk 不足或视频缓存申请失败。

二、CMM 是什么（AXERA 私有多媒体内存池，对标海思 MMZ）

1. 核心定义

CMM 是启动阶段在 DDR 尾部静态切割、物理地址连续、Linux 内核不可随意回收的大片预留内存，专门给：

• ISP 图像采集、YUV 帧缓存
• H264/H265/JPEG 编解码帧缓存
• AI 模型推理输入输出张量
• RTOS-Linux 跨核图像共享缓冲区

2. 关键特性

1. 物理连续：视频/AI 硬件 DMA 只能跑连续物理内存，普通 kmalloc/vmalloc、ramdisk、/dev/shm 均不满足
2. 独立于 Linux buddy 系统：不在 Linux 常规 mem 管理池，内核 OOM、页面回收、ramdisk 内存回收逻辑完全不会触碰 CMM
3. 静态分区：大小由 OS_MEM_SIZE 决定，编译 mak 固定，运行时不能动态扩容/缩容
4. 统一 POOL 管理：CMM 整块内存内部再切分成多个子内存池（POOL）
5. 内存回收规则：CMM Buffer 释放后仅归还 CMM 内部 POOL，不会返还给 Linux OS_MEM，也不会供给 ramdisk 使用

3. 和工程的关联

cmmpool=anonymous,0,0x43B00000,66M 直接塞进内核 bootargs，内核启动后注册 CMM 物理内存池驱动，应用层通过 CMM 接口申请/释放帧缓存。

三、POOL（内存池，通用概念，CMM 内部细分单元）

1. 基础概念

POOL = 内存池，是同规格内存块的缓存容器，分三种场景：

1. Linux 标准 slab pool：内核 kmem_cache，管理固定大小小块内存（task_struct、file 结构体），占用 OS_MEM
2. RAMDisk(tmpfs) 隐式内存池：tmpfs 动态从 OS_MEM 页缓存分配内存，文件删除后页框归还 OS_MEM 全局内存池
3. AXERA CMM 内部 POOL：把整块 CMM 大内存拆多个独立池，比如：
• ISP_YUV_POOL：2M 帧缓存池
• ENC_FRAME_POOL：4M 编码缓存池
• AI_TENSOR_POOL：模型张量缓存池

2. CMM POOL 工作逻辑

• 整块 CMM 是一片独立大物理内存，和 OS_MEM、ramdisk 物理隔离
• 驱动初始化时按业务需求切割多个 POOL，每个 POOL 包含 N 块等大 buffer
• 应用申请帧缓存 → 从对应 POOL 取空闲块；释放归还 POOL，避免频繁物理内存分配释放（DMA 分配极慢）
• POOL 块一旦分配，物理地址固定，可直接给硬件 DMA 使用
• CMM POOL 空闲内存永远留在 CMM 区域，无法挪给 ramdisk、普通进程使用

3. 层级关系区分

总DDR
  ├── OS_MEM（Linux 常规内存，含 ramdisk）
  └── CMM 整块多媒体内存（对标海思 MMZ）
        └── CMM 内部划分多个业务 POOL

四、RAMDisk（OS_MEM 专属，与 CMM/MMZ 完全隔离）

1. RAMDisk 两种实现及内存归还机制

RAMDisk 全部占用 OS_MEM 内存，不占用 CMM，硬件 DMA 无法使用 ramdisk 内存。

2. RAMDisk 优缺点

优点

1. IO 速度远超 Flash，适合编译临时文件、日志缓冲、临时配置
2. 断电数据自动清空，适合临时敏感数据
3. tmpfs 动态占用，闲置内存自动还给系统

缺点

1. 占用 OS_MEM，调大 ramdisk 会挤压内核、应用、RTOS 可用内存，严重时 CMM 虽然空间充足，但 OS_MEM 不足导致系统崩溃
2. 数据易失，不能存储业务持久化录像、图片
3. 内存无法共享给 ISP/编码硬件，无连续物理地址，不能替代 CMM Buffer
4. ramfs/传统 ramdisk 存在内存不释放问题，长期运行内存持续上涨

五、共享内存（3 大类，极易混淆，区分是否占用 CMM/ramdisk）

分类 1：标准 Linux 用户态共享内存（POSIX shm / System V shm，底层基于 tmpfs ramdisk）

1. System V shmget/shmat：进程间内存共享，虚拟地址不保证物理连续
2. POSIX /dev/shm：tmpfs 挂载的 ramdisk 分区，占用 OS_MEM，仅适合多进程传递小数据、配置
3. 短板：物理不连续，不能直接给视频 DMA 硬件使用，AX 多媒体大图流转完全不用它

分类 2：CMM 跨进程/跨核共享内存（平台业务主流，对标海思 MMZ 共享 Buffer）

就是 CMM POOL 分配出的 buffer，自带物理地址 + fd 句柄，完全不占用 ramdisk/OS_MEM 普通内存：

1. Linux 多进程：通过 fd 传递 buffer，映射到各自虚拟地址，底层同一块 CMM 物理内存
2. Linux ↔ RTOS 双核共享：CMM 物理地址直接写到 RPMSG 消息，两边核直接访问同一片物理帧缓存
3. 优势：天然物理连续，适配 ISP/编码/AI 硬件 DMA，是 IPC 摄像机图像流转核心

分类 3：内核态共享内存（vmalloc、dma_buf，分两类内存来源）

1. dma_buf 封装 CMM Buffer：底层内存来自 CMM 区域，多媒体专用
2. 普通 dma_buf/vmalloc：内存取自 OS_MEM，可分配给 ramdisk、普通驱动，物理不连续，不支持多路视频 DMA

六、一张表分清四者核心差异

七、常见踩坑点（融合 CMM、RAMDisk）

1. 混淆 CMM 与 Linux 标准内存/ramdisk：不能用 vmalloc/kmalloc、/dev/shm、ramdisk 替代 CMM 做视频 DMA，物理不连续硬件报错；海思 MMZ 同理，不可用系统 shm 传递大图
2. OS_MEM 和 CMM 此消彼长：单纯加大 ramdisk 不调大总 DDR，会挤占内核、应用内存，出现视频业务虽然 CMM 充足，但系统 OOM
3. POOL 数量不足 ≠ CMM 不够：CMM 空间充足，但 POOL 预分配 buffer 太少，依旧申请失败，需调驱动 POOL 块数；ramdisk 不存在 POOL 块数限制，仅受 size 上限约束
4. 共享内存误区：/dev/shm（tmpfs ramdisk）只能传小参数，大图必须用 CMM dma_buf 共享
5. 内存回收混淆：ramdisk(tmpfs) 闲置内存自动还给系统；CMM 空闲 Buffer 仅留在私有内存区，无法供给 ramdisk 使用；ramfs 删除文件内存不释放
6. 分区修改连锁问题：调大 CMM_SIZE，OS_MEM 同步缩小，ramdisk 最大可用容量同步下降，容易出现 ramdisk 空间不足

八、极简总结

1. CMM：AXERA 平台 DDR 尾部静态预留、专供多媒体的大块连续物理内存，对标海思 MMZ，独立于 Linux OS_MEM、ramdisk
2. POOL：内存管理容器，分内核 slab、CMM 业务池、tmpfs 内存管理池，CMM POOL 用来循环复用 YUV/AI 帧缓存，提升 DMA 分配效率
3. RAMDisk：运行在 OS_MEM 内的内存文件系统，tmpfs 可自动归还内存，ramfs/传统 ramdisk 内存不回收，仅做临时文件存储，不能给硬件 DMA 使用
4. 共享内存：只是一种内存共用机制；业务大图流转靠 CMM buffer 实现共享，普通进程小数据用系统 shm（底层 ramdisk）

整体层级：

总DDR
  ├── OS_MEM（内核/应用/ramdisk）
  └── CMM
        └── 拆分为多个 POOL
              └── POOL 分配的 buffer 支持跨进程/跨核硬件级共享

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