為什么需要ION
回顧2011年末[2]，LWN審查了android kernel patch[3]，以期望將這些patch合并到kernel主線中。但是PMEM（android實現(xiàn)的 一個內(nèi)存分配器）使這個愿望破滅了。為什么PMEM不被linux 社區(qū)接受的原因在[3]中有講到。從那開始，PMEM很明確會被完全拋棄，取而代之的是ION內(nèi)存管理器。ION是google在Android4.0 ICS為了解決內(nèi)存碎片管理而引入的通用內(nèi)存管理器，它會更加融合kernel。目前QCOM MSM, NVDIA Tegra, TI OMAP, MRVL PXA都用ION替換PMEM。
如何獲取source code
http://android.googlesource.com/kernel/common.git
ION codes reside in drivers/gpu/ion
Specific usage examples on omap4:
http://android.googlesource.com/kernel/omap.git
ION 框架[1]
ION 定義了四種不同的heap，實現(xiàn)不同的內(nèi)存分配策略。
- ION_HEAP_TYPE_SYSTEM : 通過vmalloc分配內(nèi)存
- ION_HEAP_TYPE_SYSTEM_CONTIG: 通過kmalloc分配內(nèi)存
- ION_HEAP_TYPE_CARVEOUT: 在保留內(nèi)存塊中（reserve memory）分配內(nèi)存
-
ION_HEAP_TYPE_CUSTOM: 由客戶自己定義
ION框架圖
下圖是兩個client共享內(nèi)存的示意圖。圖中有2個heap（每種heap都有自己的內(nèi)存分配策略），每個heap中分配了若干個buffer。client的handle管理到對應(yīng)的buffer。兩個client是通過文件描述符fd來實現(xiàn)內(nèi)存共享的。
ION APIs
用戶空間 API
定義了6種 ioctl 接口，可以與用戶應(yīng)用程序交互。
- ION_IOC_ALLOC: 分配內(nèi)存
- ION_IOC_FREE: 釋放內(nèi)存
- ION_IOC_MAP: 獲取文件描述符進行mmap (? 在code中未使用這個定義)
- ION_IOC_SHARE: 創(chuàng)建文件描述符來實現(xiàn)共享內(nèi)存
- ION_IOC_IMPORT: 獲取文件描述符
- ION_IOC_CUSTOM: 調(diào)用用戶自定義的ioctl
- ION_IOC_SHARE 及ION_IOC_IMPORT是基于DMABUF實現(xiàn)的，所以當(dāng)共享進程獲取文件描述符后，可以直接調(diào)用mmap來操作共享內(nèi)存。mmap實現(xiàn)由DMABUF子系統(tǒng)調(diào)用ION子系統(tǒng)中mmap回調(diào)函數(shù)完成。
內(nèi)核空間 API
內(nèi)核驅(qū)動也可以注冊為一個ION的客戶端（client），可以選擇使用哪種類型的heap來申請內(nèi)存。
- ion_client_create: 分配一個客戶端。
- ion_client_destroy: 釋放一個客戶端及綁定在它上面的所有ion handle.
- ion handle: 這里每個ion handle映射到一個buffer中，每個buffer關(guān)聯(lián)一個heap。也就是說一個客戶端可以操作多塊buffer。
Buffer 申請及釋放函數(shù):
ion_alloc: 申請ion內(nèi)存，返回ion handle
ion_free: 釋放ion handle
ION 通過handle來管理buffer，驅(qū)動需要可以訪問到buffer的地址。ION通過下面的函數(shù)來達到這個目的ion_phys: 返回buffer的物理地址(address)及大小(size)
-ion_map_kernel: 給指定的buffer創(chuàng)建內(nèi)核內(nèi)存映射
-ion_unmap_kernel: 銷毀指定buffer的內(nèi)核內(nèi)存映射
-ion_map_dma: 為指定buffer創(chuàng)建dma 映射，返回sglist（scatter/gather list）
-ion_unmap_dma: 銷毀指定buffer的dma映射
ION是通過handle而非buffer地址來實現(xiàn)驅(qū)動間共享內(nèi)存，用戶空間共享內(nèi)存也是利用同樣原理。
ion_share: given a handle, obtain a buffer to pass to other clients
ion_import: given an buffer in another client, import it
ion_import_fd: given an fd obtained via ION_IOC_SHARE ioctl, import it
Heap API
Heap 接口定義 [drivers/gpu/ion/ion_priv.h]
這些接口不是暴露給驅(qū)動或者用戶應(yīng)用程序的。
/**
* struct ion_heap_ops - ops to operate on a given heap
* @allocate: allocate memory
* @free: free memory
* @phys get physical address of a buffer (only define on physically contiguous heaps)
* @map_dma map the memory for dma to a scatterlist
* @unmap_dma unmap the memory for dma
* @map_kernel map memory to the kernel
* @unmap_kernel unmap memory to the kernel
* @map_user map memory to userspace
*/
struct ion_heap_ops {
int (*allocate) (struct ion_heap *heap, struct ion_buffer *buffer, unsigned long len,unsigned long align, unsigned long flags);
void (*free) (struct ion_buffer *buffer);
int (*phys) (struct ion_heap *heap, struct ion_buffer *buffer, ion_phys_addr_t *addr, size_t *len);
struct scatterlist *(*map_dma) (struct ion_heap *heap, struct ion_buffer *buffer);
void (*unmap_dma) (struct ion_heap *heap, struct ion_buffer *buffer);
void * (*map_kernel) (struct ion_heap *heap, struct ion_buffer *buffer);
void (*unmap_kernel) (struct ion_heap *heap, struct ion_buffer *buffer);
int (*map_user) (struct ion_heap *mapper, struct ion_buffer *buffer, struct vm_area_struct *vma);
};
ION debug
ION 在/sys/kernel/debug/ion/ 提供一個debugfs 接口。
每個heap都有自己的debugfs目錄，client內(nèi)存使用狀況顯示在/sys/kernel/debug/ion/<<heap name>>
$cat /sys/kernel/debug/ion/ion-heap-1
client pid size
test_ion 2890 16384
每個由pid標(biāo)識的client也有一個debugfs目錄/sys/kernel/debug/ion/<<pid>>
$cat /sys/kernel/debug/ion/2890
heap_name: size_in_bytes
ion-heap-1: 40960 11
參考文獻
原文鏈接：https://blog.csdn.net/crazyjiang/article/details/7927260
