Android PMem 和Ashmem 介绍

1、Ashmem(匿名共享内存驱动:Anonymous Shared Memory)

它基于mmap系统调用，不同进程可以将同一段物理内存映射到各自的虚拟地址控制，从而实现共享

A、(mmap：是一种共享内存的系统。假如：A进程的内存空间范围0X0000～0XFFFF，B进程的内存空间范围0X0000~0XFFFF，他们两个进程想共同共享一个文件或一段空间时，可以使用mmap(比如都想读取硬盘上的c.txt，txt内容为"123")，首先另外开辟第三个内存空间(3个字节)，将硬盘上的c.txt映射到这个内存空间中，使此内存空间有了这个c.txt，再将A、B进程分别映射至这个内存空间，则现在A进程的内核空间范围为0X0000～0XFFFF+4，B进程的内核空间范围为0X0000～0XFFFF+4。那么此时A、B进程都拥有了共同的内存空间，即可以互相共享共同内存空间里的内容了；当然，如果创建mmap时也可以指定是可读还是可写，如果A或B改变了共同内存空间的值，将c.txt内容改为了"234"的话，硬盘上的c.txt内容仍然为123，若想改变，则得调用msync实现硬盘和共享内存区的同步)，而Ashmem与mmap稍有不同的是，Ashmem与cache shrinker关联起来，可以在适当时机去回收这些共享内存，这点比较智能，而mmap是做不到的

B、Ashmem实现

Ashmem类位于/android2.1/kernel/mm/ashmem.c，通过注册cache shrinker来实现回收内存，通过注册misc提供mmap接口等。Ashmem用两个结构体ashmem_area和ashmem_range来维护，ashmem_area代表共享内存的区域，ashmem_range则将这段区域以页为单位分为多个range。ashmem_area有个unpinned_list成员，挂在这个list上的range可以被回收。ashmem_range有一个LRU链表，在cache shrink回收一个ashmem_area的某段内存时候，是根据LRU的原则来选择哪些页面优先被回收的

C、Ashmem流程

ashmem_init(创建struct ashmem_area和struct ashmem_range、注册ashmem driver(misc_register)、注册cache shrinker)----->在注册misc构造方法时，引进了ashmem_fops----->在注册fops时，创建了ashmem_open、ashmem_release、ashmem_mmap、

ashmem_shrink、ashmem_ioctl---->创建ashmem_open时，调用了kmem_cache_zalloc去分配了一个ashmem_area并初始化了成员变量、创建ashmem_release,调用了了kmem_cache_free，此静态方法与zalloc相反，是去释放ashmem_area、创建ashmem_mmap调用shmem_file_setup来从tmpfs系统(基于内存的文件系统)中创建一个文件(内存)给ashmem_area用，这个内存就是共享内存、创建ashmem_shrink来实现内存回收，这个函数从LRU链表上回收指定数目的unpinned ashmem_range、创建ashmem_ioctl，设置一些ashmem_area的size啊，然后查看被pin的range有多少啊，然后pin or unpin range(pin range代表此range从unpinned_list中取下来，而unpin range代表此range挂在unpinned_list上，以便被回收，由此可见只有被unpin的range才会被回收)

D、用户接口

进程A可通过open打开该文件，用ioctl命令ASHMEM_SET_NAME和ASHMEM_SET_SIZE设置共享内存块的名字和大小，并将得到的handle传给mmap，来获得共享的内存区域，进程B通过将相同的handle传给mmap，获得同一块内存，handle在进程间的传递可通过Binder来实现。

2、Android PMEM

pmem与ashmem都通过mmap实现共享，区别是Pmem的共享区域是一段连续的物理内存，而Ashmem的共享区域在虚拟空间是连续的，物理内存却不一定连续

A、PMEM的实现

Pmem的源代码在drivers/misc/pmem.c中，Pmem驱动依赖于linux的misc device和platform driver框架，一个系统可以有多个Pmem，默认的是最多10个。Pmem暴露4组操作，分别是platform driver的probe和remove操作； misc device的fops接口和vm_ops操作。模块初始化时会注册一个platform driver，在之后probe时，创建misc设备文件，分配内存，完成初始化工作。

Pmem通过pmem_info，pmem_data，pmem_region三个结构体维护分配的共享内存，其中pmem_info代表一个Pmem设备分配的内存块，pmem_data代表该内存块的一个子块，pmem_region则把每个子块分成多个区域。 pmem_data是分配的基本单位，即每次应用层要分配一块Pmem内存，就会有一个pmem_data来表示这个被分配的内存块，实际上在open的时候，并不是open一个pmem_info表示的整个Pmem内存块，而是创建一个pmem_data以备使用。一个应用可以通过ioctl来分配pmem_data中的一个区域，并可以把它map到进程空间；并不一定每次都要分配和map整个pmem_data内存块

B、用户接口

一个进程首先打开Pmem设备，通过ioctl(PMEM_ALLOCATE)分配内存，它mmap这段内存到自己的进程空间后，该进程成为 master进程。其他进程可以重新打开这个pmem设 
备，通过调用ioctl(PMEM_CONNECT)将自己的pmem_data与master进程的pmem_data建立连接关系，这个进程就成为client进程。Client进程可以通过mmap将master Pmem中的一段或全部重新映射到自己的进程空间，这样就实现了共享Pmem内存。如果是GPU或DSP则可以通过ioctl(PMEM_GET_PHYS)获取物理地址进行操作。

3. 在应用程序中的使用： 

1) 
Pmem 例子：

sp master_workspace = new MemoryHeapBase(pmem_adsp, Coda_WorkSpace_Size); 
//new 一个base 
memeoryHeapBase ，构造函数中做了2件事情, 一个是open “/dev/pmem_adsp” 设备， 第二是调用mapfd （内部即mmap）来得到共享内存区域 

if (master_workspace->heapID() < 0) { 

LOGD("Error creating workspace heap"); 

Status = UNKNOWN_ERROR; 

} 

master_workspace->setDevice(pmem); // 如果pmem_adsp device出错， 就是用pmem device 

mHeapPmem_workspace = new MemoryHeapPmem(master_workspace, 0); 
// new 一个Pmem , MemoryHeapPmem , （构造函数中调用init ，设定了Base,device ,size 等） 

mHeapPmem_workspace->slap(); 

master_workspace.clear(); 


if (ioctl(mHeapPmem_workspace->heapID(), PMEM_GET_PHYS, ®ion) >= 0)//得到物理地址 

{ 


pys_address = (unsigned int)region.offset; 


WORK_SPACE_PMEM_PHY_ADDRESS = pys_address; 


WORK_SPACE_PMEM_VIR_ADDRESS = mHeapPmem_workspace->base(); //得到虚拟地址 

} 

else 

{ 


pys_address = 0xFFFFFFFF; 


LOGE("Error: WORKSPACE PMEM_GET_PHYS FAILED"); 


return UNKNOWN_ERROR; 


} 

2) 
Ashmem 例子： 

sp heap = new MemoryHeapBase(frameSize * kBufferCount); 

if (heap->heapID() < 0) { 

LOGE("Error creating frame buffer heap"); 

return false; 
} 
//没有指定device ， 就是用的ashmem . 构造函数中做了2件事情, 一个是ashmem_create_region， 第二是调用mapfd （内部即mmap）来得到共享内存区域 

第一步通过调用ashmem_create_region函数，这个函数完成这几件事： 

1）fd = open("/dev/ashmem", O_RDWR); 
2）ioctl(fd, ASHMEM_SET_NAME, region_name); // 这一步可选 
3）ioctl(fd, ASHMEM_SET_SIZE, region_size); 

第二步，应用程序一般会调用mmap来把ashmem分配的空间映射到进程空间： 

mapAddr = mmap(NULL, pHdr->mapLength, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_PRIVATE, fd, 0);

4. 如何将PMEM编入内核 

Android PMEM驱动研究（1）——如何将PMEM编入内核

PMEM并不像Ashmem和binder那样，选中就可以被Android系统使用，他是一个platform设备，需要注册才可以使用。

下面以S3C6410为例，描述使用流程：

1）选中内核选项 
Device Drivers ---> 

Misc devices ---> 

   Android pmem allocator

2）修改你的dev.c注册文件,添加如下内容:

#ifdef CONFIG_ANDROID_PMEM 
static struct android_pmem_platform_data android_pmem_pdata = { 
       .name = "pmem", 
       .start = PMEM_BASE, 
       .size = PMEM_BASE_SIZE, 
       .no_allocator = 1, 
       .cached = 1, 
};

static struct android_pmem_platform_data android_pmem_adsp_pdata = { 
       .name = "pmem_adsp", 
       .start = PMEM_ADSP_BASE, 
       .size = PMEM_ADSP_BASE_SIZE, 
       .no_allocator = 0, 
       .cached = 0, 
};

struct platform_device android_pmem_device = { 
       .name = "android_pmem", 
       .id = 0, 
       .dev = { .platform_data = &android_pmem_pdata }, 
};

struct platform_device android_pmem_adsp_device = { 
       .name = "android_pmem", 
       .id = 1, 
       .dev = { .platform_data = &android_pmem_adsp_pdata }, 
}; 
#endif

3）在驱动注册列表中添加如下内容: 
static struct platform_device *smdk6410_devices[] __initdata = { 
#ifdef CONFIG_ANDROID_PMEM 
       &android_pmem_device, 
       &android_pmem_adsp_device, 
#endif 
};

4)分配物理地址我用了128MB的最后8MB 
#define PMEM_BASE 0x57900000 
#define PMEM_BASE_SIZE SZ_1M*4 
#define PMEM_ADSP_BASE 0x57c00000 
#define PMEM_ADSP_BASE_SIZE SZ_1M*4

5）重新编译内核

6）修改bootargs 减少Linux可管理的MEM 
MEM=120MB

7）重新启动系统 
启动信息： 
pmem: 1 init 
pmem_adsp: 0 init

8）查看dev目录，多了pmem和pmem_adsp