ION框架学习（一）

来源：互联网发布：mac怎么关闭软件编辑：程序博客网时间：2024/06/05 14:08

第一章介绍：ION的框架和buffer的分配；
第二章介绍：如何使用ION buffer；

ION是google在Android4.0 为了解决内存碎片管理而引入的通用内存管理器,用来支持不同的内存分配机制，如CARVOUT(PMEM)，物理连续内存(kmalloc), 虚拟地址连续但物理不连续内存(vmalloc)， IOMMU等

（一）ION 概括

Heap: 用来表示内存分配的相关信息，包括id, type, name等。用struct ion_heap表示。

Client: Ion的使用者，用户空间和内核控件要使用ION的buffer,必须先创建一个client,一个client可以有多个buffer，用struct ion_buffer表示。

Handle: 将buffer该抽象出来，可以认为ION用handle来管理buffer，一般用户直接拿到的是handle,而不是buffer。用struct ion_handle表示。

下面是整个框架的类图：

这里写图片描述

说明如下：

在driver初始化过程中会创建ion_device,并提供给用户层ioctrl接口；不同平台根据定义好的platform data heap类型创建heap，同时指定这写heap操作使用的方法接口；不同类型的heap连接成链表，保存在通过plist_head heap；
需要使用heap，先注册client，不同的heap有多个client来使用，连接成链表保存在rb_root client;不同的client跟不同的进程pid绑定；
ion_handle管理实际ion_buffer, 成员id：唯一表示ion_buffer的整型变量，通过内核的idr机制加上这个id就可以在其它进程中访问到这块buffer。而且上层在传下来的struct ion_allocation_data结构体中也只是保存了这个id。

用户空间和内核空间都可以成为client，不过创建的方法稍稍有点区别；

内核空间:先创建client,有了client之后就可以分配内存,有了handle也就是buffer之后就准备使用了，不过还是物理地址，需要map：
用户空间:用户空间如果想使用ION，也必须先要创建client,不过它是打开/dev/ion,实际上它最终也会调用ion_client_create。不过和内核空间创建client的一点区别是，用户空间不能选择heap type（使用预订的heap id隐含heap type），但是内核空间却可以。另外，用户空间是通过IOCTL来分配内存的，cmd为ION_IOC_ALLOC.

    ion_fd = open("/dev/ion", O_ RDONLY | O_SYNC);       ioctl(ion_fd, ION_IOC_ALLOC, alloc);

分配好了buffer之后，如果用户空间想使用buffer，先需要mmap. ION是通过先调用IOCTL中的ION_IOC_SHARE/ION_IOC_MAP来得到可以mmap的fd,然后再执行mmap得到buffer address.然后你也可以将此fd传给另一个进程，如通过binder传递。在另一个进程中通过ION_IOC_IMPORT这个IOCTL来得到这块共享buffer了。

（二）ION Device和Heap创建

通过ION device和driver匹配之后走入ion_drv_probe()函数:

kernel-4.4/drivers/staging/android/ion/mtk/ion_drv.c686 static int ion_drv_probe(struct platform_device *pdev)        //创建ion device，name为ion，并提供应用层操作接口ion_fops；创建调试节点：/sys/kernel/debug/ion693     g_ion_device = ion_device_create(ion_custom_ioctl);       //ion_custom_ioctl soc自定义的ioctl操作；698 699     /* create the heaps as specified in the board file */700     for (i = 0; i < num_heaps; i++) {701         struct ion_platform_heap *heap_data = &pdata->heaps[i];702         struct ion_heap *heap;703 704         if (heap_data->type == ION_HEAP_TYPE_CARVEOUT && heap_data->base == 0) {705             /* reserve for carveout heap failed */706             heap_data->size = 0;707             continue;708         }709 710         heap = ion_mtk_heap_create(heap_data);714 715         ion_device_add_heap(g_ion_device, heap);716     }

这个函数首先创建一个设备ion_device，通过ion_device_create()来创建，传入一个给到用户层面用的ioctl函数：

539 static long _ion_ioctl(struct ion_client *client, unsigned int cmd,540                unsigned long arg, int from_kernel) {541     long ret = 0;542 543     ION_FUNC_ENTER;544     switch (cmd) {545     case ION_CMD_SYSTEM:546         ret = ion_sys_ioctl(client, cmd, arg, from_kernel);547         break;548     case ION_CMD_MULTIMEDIA:549         ret = ion_mm_ioctl(client, cmd, arg, from_kernel);550         break;551     }                                                                                                                                      552     ION_FUNC_LEAVE;553     return ret;554 }

处理的ioctrl命令有：

 30 enum ION_MM_CMDS { 31     ION_MM_CONFIG_BUFFER,                                                                                                                   32     ION_MM_SET_DEBUG_INFO,       33     ION_MM_GET_DEBUG_INFO, 34     ION_MM_SET_SF_BUF_INFO, 35     ION_MM_GET_SF_BUF_INFO, 36     ION_MM_CONFIG_BUFFER_EXT 37 };            38  39 enum ION_SYS_CMDS {  40     ION_SYS_CACHE_SYNC, 41     ION_SYS_GET_PHYS, 42     ION_SYS_GET_CLIENT,  43     ION_SYS_SET_HANDLE_BACKTRACE, 44     ION_SYS_SET_CLIENT_NAME, 45     ION_SYS_DMA_OP,  46 };

不同的平台实现这些方式不一样，然后根据ion_platform_data表示平台定义的各种类型的heap数据类型来分配heap，以高通平台是定义在dts里面，mtk平台定义在驱动当中，举例如下：

742 static struct ion_platform_heap ion_drv_platform_heaps[] = {743         {744                 .type = ION_HEAP_TYPE_SYSTEM_CONTIG,745                 .id = ION_HEAP_TYPE_SYSTEM_CONTIG,746                 .name = "ion_system_contig_heap",747                 .base = 0,748                 .size = 0,749                 .align = 0,750                 .priv = NULL,751         },752         {753                 .type = ION_HEAP_TYPE_MULTIMEDIA,754                 .id = ION_HEAP_TYPE_MULTIMEDIA,755                 .name = "ion_mm_heap",756                 .base = 0,757                 .size = 0,758                 .align = 0,759                 .priv = NULL,760         },761         {762                 .type = ION_HEAP_TYPE_MULTIMEDIA,763                 .id = ION_HEAP_TYPE_MULTIMEDIA_FOR_CAMERA,764                 .name = "ion_mm_heap_for_camera",765                 .base = 0,766                 .size = 0,767                 .align = 0,768                 .priv = NULL,769         },

根据ion_platform_data定义的heap类型然后接下来分配ion heap结构，不同的heap类型代表不同的分配方式：

 37 enum ion_heap_type {                                                                                                                        38     ION_HEAP_TYPE_SYSTEM, //通过vmalloc分配内存； 39     ION_HEAP_TYPE_SYSTEM_CONTIG, //通过kmalloc分配内存； 40     ION_HEAP_TYPE_CARVEOUT, //在保留内存块中（reserve memory）分配内存； 41     ION_HEAP_TYPE_CHUNK, //模块； 42     ION_HEAP_TYPE_DMA, 43     ION_HEAP_TYPE_CUSTOM, //由客户自己定义 47     ION_NUM_HEAPS = 16, 48 };

mtk平台又根据heap data存储的数据对象分为：

 19 enum mtk_ion_heap_type { 20     ION_HEAP_TYPE_MULTIMEDIA = 10, 21     ION_HEAP_TYPE_FB = 11, 22     ION_HEAP_TYPE_MULTIMEDIA_FOR_CAMERA = 12, 23     ION_HEAP_TYPE_MULTIMEDIA_SEC = 13, 24     ION_HEAP_TYPE_MULTIMEDIA_MAP_MVA = 14, 25     ION_HEAP_TYPE_MULTIMEDIA_PA2MVA = 15, 27 };

以ION_HEAP_TYPE_MULTIMEDIA数据类型为例，heap的创建最后通过ion_mm_heap_create()实现：

//不同type的heap需要不同的method去分配，不过都是用struct ion_heap_ops来表示; 537 static struct ion_heap_ops system_heap_ops = { 538         .allocate = ion_mm_heap_allocate, 539         .free = ion_mm_heap_free, 540         .map_dma = ion_mm_heap_map_dma,//map the memory for dma to a scatterlist; 541         .unmap_dma = ion_mm_heap_unmap_dma, 542         .map_kernel = ion_heap_map_kernel,//map memory to the kernel; 543         .unmap_kernel = ion_heap_unmap_kernel, 544         .map_user = ion_heap_map_user, 545         .phys = ion_mm_heap_phys,//get physical address of a buffer; 546         .shrink = ion_mm_heap_shrink, 547         .page_pool_total = ion_mm_heap_pool_total, 548 }; static const unsigned int orders[] = { 1, 0 };  //两个内存池，为别为2^1k和2^0k； 799 struct ion_heap *ion_mm_heap_create(struct ion_platform_heap *unused) 800 {                                                                                                                                          801     struct ion_system_heap *heap; 802     int i; 803  804     heap = kzalloc(sizeof(*heap), GFP_KERNEL); 805     if (!heap) { 806         IONMSG("%s kzalloc failed heap is null.\n", __func__); 807         return ERR_PTR(-ENOMEM); 808     } 809     heap->heap.ops = &system_heap_ops; 810     heap->heap.type = ION_HEAP_TYPE_MULTIMEDIA; 811     heap->heap.flags = ION_HEAP_FLAG_DEFER_FREE; 812     heap->pools = kcalloc(num_orders, sizeof(struct ion_page_pool *), GFP_KERNEL); 813     if (!heap->pools) 814         goto err_alloc_pools; 815     heap->cached_pools = kcalloc(num_orders, sizeof(struct ion_page_pool *), GFP_KERNEL); 816     if (!heap->cached_pools) { 817         kfree(heap->pools); 818         goto err_alloc_pools; 819     } 820     //创建两种大小类型的pool，后面的alloc就会根据order在这里面分配； 821     for (i = 0; i < num_orders; i++) { 822         struct ion_page_pool *pool; 823         gfp_t gfp_flags = low_order_gfp_flags; 824  825         if (orders[i] > 0) 826             gfp_flags = high_order_gfp_flags; 827  828         if (unused->id == ION_HEAP_TYPE_MULTIMEDIA_FOR_CAMERA) 829             gfp_flags |= __GFP_HIGHMEM | __GFP_MOVABLE;  831         pool = ion_page_pool_create(gfp_flags, orders[i]);//主要初始化这个pool； 832         if (!pool) 833             goto err_create_pool; 834         heap->pools[i] = pool; 835  836         pool = ion_page_pool_create(gfp_flags, orders[i]); 837         if (!pool) 838             goto err_create_pool; 839         heap->cached_pools[i] = pool; 840     }  860 }169 struct ion_page_pool *ion_page_pool_create(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)170 {                                                                                                                                          171     struct ion_page_pool *pool = kmalloc(sizeof(struct ion_page_pool),172                          GFP_KERNEL); 173     if (!pool) {174         IONMSG("%s kmalloc failed pool is null.\n", __func__);175         return NULL;176     }177     pool->high_count = 0;178     pool->low_count = 0; 179     INIT_LIST_HEAD(&pool->low_items); //每一个pool都包含了高地址和低地址的双向链表；180     INIT_LIST_HEAD(&pool->high_items);181     pool->gfp_mask = gfp_mask | __GFP_COMP;182     pool->order = order;183     mutex_init(&pool->mutex);184     plist_node_init(&pool->list, order);185 186     return pool;187 }

（三）添加ION client

内核和用户空间都会可以创建ion client，用户空间open ion设备来创建client，MTK封装了一层mt_ion_open(),最终调用ion_client_create()来创建；区别在与用户层创建的name是根据pid：

5693         pIon_client = ion_client_create(g_ion_device, "camera_isp");

kernel-4.4/drivers/staging/android/ion/ion.c：826 struct ion_client *ion_client_create(struct ion_device *dev, 827                      const char *name) 828 {                                                                                                                                          829     struct ion_client *client; 830     struct task_struct *task; 831     struct rb_node **p; 832     struct rb_node *parent = NULL; 833     struct ion_client *entry; 834     pid_t pid; 835  841     get_task_struct(current->group_leader); 842     task_lock(current->group_leader); 843     pid = task_pid_nr(current->group_leader); 848     if (current->group_leader->flags & PF_KTHREAD) { 849         put_task_struct(current->group_leader); 850         task = NULL; 851     } else { 852         task = current->group_leader; 853     } 854     task_unlock(current->group_leader); 855  856     client = kzalloc(sizeof(struct ion_client), GFP_KERNEL); 857     if (!client)858         goto err_put_task_struct; 859  860     client->dev = dev; 861     client->handles = RB_ROOT; 862     idr_init(&client->idr); 863     mutex_init(&client->lock); 864     client->task = task; 865     client->pid = pid; 866     client->name = kstrdup(name, GFP_KERNEL); 867     if (!client->name) 868         goto err_free_client; 869  870     down_write(&dev->lock); 871     client->display_serial = ion_get_client_serial(&dev->clients, name); 872     client->display_name = kasprintf( 873         GFP_KERNEL, "%s-%d", name, client->display_serial); 874     if (!client->display_name) { 875         up_write(&dev->lock); 876         goto err_free_client_name; 877     }    //把该clinet放到ion device的红黑树列表里面； 878     p = &dev->clients.rb_node; 879     while (*p) { 880         parent = *p; 881         entry = rb_entry(parent, struct ion_client, node); 882  883         if (client < entry) 884             p = &(*p)->rb_left; 885         else if (client > entry) 886             p = &(*p)->rb_right; 887     } 888     rb_link_node(&client->node, parent, p); 889     rb_insert_color(&client->node, &dev->clients); 890  891     client->debug_root = debugfs_create_file(client->display_name, 0664, 892                         dev->clients_debug_root, 893                         client, &debug_client_fops); 894     if (!client->debug_root) { 895         char buf[256], *path; 896  897         path = dentry_path(dev->clients_debug_root, buf, 256); 898         pr_err("Failed to create client debugfs at %s/%s\n", 899             path, client->display_name); 900     } 901  902     up_write(&dev->lock); 903  904     return client; 905  914 }

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