技术干货|从 CSAPP 内存模型到内存池:Linux 下小容量 DDR内存优化实战

一 从 CSAPP 看内存：我们必须建立的底层世界观

《深入理解计算机系统（CSAPP）》第 9 章告诉我们：Linux 内存 = 虚拟地址空间 → 页表 → 物理内存（DDR）。

对嵌入式小内存设备而言，我们只需要记住三句话：

虚拟内存再大也没用，最终都要落在物理 DDR 上。

物理内存一旦耗尽，OOM 会直接杀进程。

内核、驱动、硬件模块都要抢物理内存。

在 AX615 这种 128MB 超小 DDR 平台上：

内核占用～8MB

驱动 ko 占用～5MB

Linux 可用只剩～51MB

CMM 连续物理内存 64MB（视频 / ISP/NPU 专用）

内存查看命令如下:

[1].查看Linux 系统内存指令/root # cat /proc/meminfo | grep -E 'MemTotal|MemAvailable'MemTotal:          57220 kBMemAvailable:      21864 kB[2].查看内核自身占用内存指令/root # dmesg  | grep Memory | head -2[    0.000000] Memory policy: Data cache writealloc[    0.000000] Memory: 57016K/61428K available (1881K kernel code, 104K rwdata, 1012K rodata, 148K init, 159K bss, 4412K reserved, 0K cma-reserved)内核自身占用 = 1881 + 104 + 1012 + 148 + 159 = 3304 KB ≈ 3.23 MB内核预留内存 = 4412 KB整个内核区域总消耗 ≈ 3.23MB + 4.31MB = 7.54 MB[3].查看驱动(.ko)占用内存root@infinova-virtual-machine:/mnt/nfs# awk 'BEGIN{sum=0} {sum+=$2} END{print sum/1024/1024 " MB"}' /proc/modules4.97266 MB[4].查看CMM 内存(ISP/VENC/NPU) /root # cat /proc/ax_proc/mem_cmm_info | grep -E 'total|used|remain' total size=200704KB(196MB),used=65824KB(64MB + 288KB),remain=134880KB(131MB + 736KB),partition_number=1,block_number=82

系统没有任何冗余空间，一不注意内存就爆了。

所以小内存优化的核心思想只有一条：统一分配、统一管理、按需申请、池化复用、绝不浪费。

二 嵌入式必须懂：内存池（Memory Pool）到底是什么

继续用 CSAPP 的逻辑讲：

动态 malloc/free, 容易产生碎片、慢、不可用于硬件。

硬件（ISP/VENC/NPU）必须用连续物理内存。

小内存系统严禁随时 new/delete。

于是就有了：

内存池 = 提前申请一大块连续内存 → 内部切成固定块 → 循环复用

优点：

>>无碎片

>>物理连续（硬件可用）

>>极快分配释放

>>可监控、可限流、可优化

我在爱芯AX615内存优化相关文档里看到的 CMM（Contiguous Memory Model）本质就是：专为硬件设计的连续物理内存池管理器。

三 AX615 内存架构：128MB 到底怎么分

文档明确划分：

DDR 128MB├── Linux 系统内存 64MB│    ├── 内核+reserved 8MB│    └── 驱动 ko 占用 5MB│    └── APP 可用 ~51MB└── CMM 硬件连续内存 64MB（ISP/VENC/IVPS/AUDIO/NPU）

大部分内存爆炸，都来自两个问题：

[1].Linux 内存和 CMM 划分比例不合理

[2].CMM 内部 pool 配置太大 / 太小

优化路线非常清晰：

第一步：调整 Linux和CMM 分配比例

文件：build/projects/AX615_nor/project.mak

OS_MEM_SIZE := 64   # Linux 大小

CMM_SIZE := 128 - OS_MEM_SIZE

视频多、分辨率大 → 加大 CMM

应用多、进程多 → 加大 Linux

这是最高收益、最简单、最优先做的优化。

四 Linux 内存优化（APP 可用内存从 50MB → 54MB）

文档给出的优化手段全部可落地：

[1]. 关闭无用内核配置

关闭 CONFIG_KALLSYMS_ALL → 节省 708KB

关闭 PM/SUSPEND/AOV → 节省 384KB

[2]. 关闭开机自启无用服务

syslogd / klogd

crontabs

telnet

urandom

sd_load.sh

ifplugd/dhcp

节省 600KB~1.2MB

[3]. 调整内存水位线（避免提前触发回收）

sysctl -w vm.min_free_kbytes=2048

sysctl -w vm.watermark_scale_factor=200

[4]. 精简 DTS reserved-memory

查看：

axera/AX615_nor.dts

reserved-memory {}

删除不用的 dump、optee、riscv 预留。

五 CMM 内存池优化

CMM 原理：

CMM (64MB)└── partition (anonymous 64MB)    ├── pool0 (FBC 格式块)    ├── pool1 (YUV 块)    ├── pool2 (编码用块)    └── ...    pool = 固定大小的 block 数组

优化原则:

[1].按分辨率计算 block size（必须 4K 对齐）

[2].按 pipeline 计算最少 block 数量

[3].监控 free cnt，长期多余就减少数量

[4].能用 FBC 压缩就绝不用裸 YUV

AX615的内存优化文档给出的最低配置如下：

FBC RAW：最少 4~7 帧

IVPS ↔ VENC：最少 2 帧

算法输入 YUV：最少 2 帧

CPU 读取：最少 2 帧

查看命令：

cat /proc/ax_proc/pool         # 看 pool 状态cat /proc/ax_proc/mem_cmm_info # 看 CMM 总量

看到 FreeCnt 长期 ≥2，减少 block 数量

这是最有效、最安全的优化手段。

六 硬件模块级优化（VENC/ISP/AUDIO）

[1]. VENC 编码优化（文档重点）

限制通道数：max_h26x_chn_num=3

开启 mem_saveing=7，单 buffer 节省大量内存

开启 ref ringbuf，节省一整帧

码流 buffer 从 1.5 倍，1.0 倍（极限 0.5 倍）

[2]. IVPS 优化

启用 SW_LOW_MEM 模式

减少分流路数

高度按 64 对齐

[3]. AUDIO 优化

AI：最小 2 block ×4KB

AO：最小 4 block ×4KB

七 小内存嵌入式 Linux 终极优化心法

[1].先调 Linux/CMM 比例，这是最大头。

[2].CMM 必须用内存池，禁止零散分配

[3].能用 FBC 就不用裸 YUV

[4].pool 按最小帧缓存配置，不够再加，不要一步到位

[5].实时监控 free cnt，长期空闲必须缩

[6].关闭内核、服务、驱动里所有不用的功能

[7].reserved-memory 一定要精简

[8].应用层禁止频繁 malloc/free，全部用内存池

[9].驱动 ko 按需加载，不要开机全加载

[10].码流 buffer、参考帧、ringbuf 全部设为最小值

做到这 10 条，128MB 可以跑出 256MB 的效果。

八 总结

从 CSAPP 内存模型到虚拟内存，再到物理内存、reserved memory，最终落到嵌入式平台最关键的 CMM 连续物理内存池。

小容量 DDR（128MB）优化没有魔法，只有精确规划、精细管理、精准裁剪。

如果正在做：

爱芯 AX615、或者其他小内存 ARM/MIPS Linux 视频编码、ISP、NPU 平台

都可以参考，当然一般芯片厂家也会提供相应的内存优化文档供参考。

以上为全文内容。