关于android:MemoryFile-共享内存原理分析

Android 下层提供了一些内存共享工具类，比方 MemoryFile。你应用过吗？晓得它的实现原理吗？

MemoryFile 是 Java 层对 Ashmem 的一个封装，上面来一起学习 MemoryFile，把握它的应用姿态和底层原理。

MemoryFile 应用办法大抵如下：

「过程 A 中申请一块共享内存写入数据，并筹备好文件描述符：」

MemoryFile memoryFile = new MemoryFile(name, size);
memoryFile.getOutputStream().write(data);
Method method = MemoryFile.class.getDeclaredMethod("getFileDescriptor");
FileDescriptor des = (FileDescriptor) method.invoke(memoryFile);
ParcelFileDescriptor pfd = ParcelFileDescriptor.dup(des);

「过程 B 中通过 binder 拿到 A 过程中筹备好的文件描述符，而后间接读取数据：」

FileDescriptor descriptor = pfd.getFileDescriptor();
FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(descriptor);
fileInputStream.read(data);

如上代码所示，应用起来和文件读写一样很简略，但咱们不能只停留在仅会应用的通俗层面。接着来看 MemoryFile 是怎么从 Java API 调用到 Ashmem 驱动函数的，先来看 MemoryFile 的构造函数：

public MemoryFile(String name, int length) throws IOException {    
try {mSharedMemory = SharedMemory.create(name, length);        
mMapping = mSharedMemory.mapReadWrite();} catch (ErrnoException ex) {ex.rethrowAsIOException();   
 }
}

能够看到结构 MemoryFile 时通过 SharedMemory create 办法申请了一块匿名共享内存，SharedMemory create 办法中调用了 nCreate native 办法：

private static native FileDescriptor nCreate(String name, int size) throws ErrnoException;

对应的 native 实现在 android_os_SharedMemory.cpp 中，实现如下：

static jobject SharedMemory_create(JNIEnv* env, jobject, jstring jname, jint size) {const char* name = jname ? envGetStringUTFChars(jname, nullptr) : nullptr;   
int fd = ashmem_create_region(name, size); // 创立匿名共享内存    
...   
 return jniCreateFileDescriptor(env, fd);
}

接着来看 ashmem_create_region 办法，它的对应实现在 ashmem-dev.cpp 中，如下：

int ashmem_create_region(const char *name, size_t size){  
  int ret, save_errno;    // 创立匿名共享内存
int fd = __ashmem_open();    
 if (fd < 0) {return fd;}    
if (name) {char buf[ASHMEM_NAME_LEN] = {0};     
   strlcpy(buf, name, sizeof(buf));     
   // 设置 Ashmem 名字
ret = TEMP_FAILURE_RETRY(ioctl(fd, ASHMEM_SET_NAME, buf));  
       if (ret < 0) {goto error;}   
 }
}

如上设置 Ashmem 名字执行了 ioctl 零碎调用，它会进一步调用到 「ashmem_ioctl」 驱动函数。接着来看 __ashmem_open 办法：

static int __ashmem_open(）{
int fd;   
 pthread_mutex_lock(&__ashmem_lock);    
fd = __ashmem_open_locked(); // 创立匿名共享内存
 pthread_mutex_unlock(&__ashmem_lock);    
return fd;
}

进一步调用到 __ashmem_open_locked 办法，如下：

#define ASHMEM_DEVICE "/dev/ashmem" //Ashmem 设施驱动
static int __ashmem_open_locked(){
int ret;    
struct stat st;   
 int fd = TEMP_FAILURE_RETRY(open(ASHMEM_DEVICE, O_RDWR | O_CLOEXEC)); // 创立匿名共享内存  
  ...    return fd;
}

在 __ashmem_open_locked 办法中调用了 open() 零碎调用，和 ioctl 一样，对应到 Ashmem 设施驱动函数了，即 「ashmem_open」 驱动函数。

通过下面的剖析晓得 Ashmem 驱动的 ashmem_open 函数是由 SharedMemory 的 create 办法触发一步一步调用到的，期间还调用了 ashmem_ioctl 函数。

而 ashmem_mmap 驱动函数是通过 SharedMemory 的 mapReadWrite 办法触发，上面来剖析这个过程：

//android.os.SharedMemory.java
public @NonNull ByteBuffer mapReadWrite() throws ErrnoException {return map(OsConstants.PROT_READ | OsConstants.PROT_WRITE, 0, mSize);
}

public @NonNull ByteBuffer map(int prot, int offset, int length) throws ErrnoException {    
...   
 long address = Os.mmap(0, length, prot, OsConstants.MAP_SHARED, mFileDescriptor, offset);    
...    return new DirectByteBuffer(length, address, mFileDescriptor, unmapper, readOnly);}

比拟要害的是 mFileDescriptor，它是执行 SharedMemory create 办法申请匿名共享内存后，返回的文件描述符。持续来跟踪 mmap 调用：

//android.system.Os.java
public static long mmap(long address, long byteCount, int prot, int flags, FileDescriptor fd, long offset) throws ErrnoException {return Libcore.os.mmap(address, byteCount, prot, flags, fd, offset);
}

//libcore.io.Libcore.java
public final class Libcore {private Libcore() { }    
public static Os rawOs = new Linux();  
  public static Os os = new BlockGuardOs(rawOs);
}

//libcore.io.Linux.java
public native long mmap(long address, long byteCount, int prot, int flags, FileDescriptor fd, long offset) throws ErrnoException;

Libcore 中应用 BlockGuardOs 对 Linux 进行了一层包装，但理论还是通过 Linux 来执行的，最初调用到 Linux 中的 native mmap 办法，native 中对应的实现是 mmap.cpp：

void* mmap(void* addr, size_t size, int prot, int flags, int fd, off_t offset) {return mmap64(addr, size, prot, flags, fd, static_cast<off64_t>(offset));
}

到此为止，由 SharedMemory 的 mapReadWrite 办法调用到 native mmap 函数，传递的要害参数是文件描述符，后续它将这样调用到 ashmem_mmap：

1. 通过 fd 能够找到所属设施，也就是 Ashmem 设施
2. 调用 Ashmem 设施的 ashmem_mmap 驱动函数

要害代码如下：

if(file){  
  ...
    error = file->f_op->mmap(file,vma);   
 ...
}

file 代表文件或设施驱动，这里指的就是 Ashmem 设施，f_op 就是 Ashmem 设施驱动函数集，也就是注册的 Ashmem 设备描述，至此便是 ashmem_mmap 驱动函数的调用过程。

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