Android 上层提供了一些内存共享工具类,比如 MemoryFile。你使用过吗?知道它的实现原理吗?

MemoryFile 是 Java 层对 Ashmem 的一个封装,下面来一起学习 MemoryFile,掌握它的使用姿势和底层原理。

MemoryFile 使用方法大致如下:

「进程 A 中申请一块共享内存写入数据,并准备好文件描述符:」

「进程 B 中通过 binder 拿到 A 进程中准备好的文件描述符,然后直接读取数据:」

如上代码所示,使用起来和文件读写一样很简单,但我们不能只停留在仅会使用的浅显层面。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:

可以看到构造 MemoryFile 时通过 SharedMemory create 方法申请了一块匿名共享内存,SharedMemory create 方法中调用了 nCreate native 方法:

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

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

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

进一步调用到 __ashmem_open_locked 方法,如下:

在 __ashmem_open_locked 方法中调用了 open() 系统调用,和 ioctl 一样,对应到 Ashmem 设备驱动函数了,即「ashmem_open」驱动函数。

通过上面的分析知道 Ashmem 驱动的 ashmem_open 函数是由 SharedMemory 的 create 方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 方法触发,下面来分析这个过程:

比较关键的是 mFileDescriptor,它是执行 SharedMemory create 方法申请匿名共享内存后,返回的文件描述符。继续来跟踪 mmap 调用:

Libcore 中使用 BlockGuardOs 对 Linux 进行了一层包装,但实际还是通过 Linux 来执行的,最后调用到 Linux 中的 native mmap 方法,native 中对应的实现是 mmap.cpp:

到此为止,由 SharedMemory 的 mapReadWrite 方法调用到 native mmap 函数,传递的关键参数是文件描述符,后续它将这样调用到 ashmem_mmap:

通过 fd 可以找到所属设备,也就是 Ashmem 设备

调用 Ashmem 设备的 ashmem_mmap 驱动函数

关键代码如下:

file 代表文件或设备驱动,这里指的就是 Ashmem 设备,f_op 就是 Ashmem 设备驱动函数集,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。

最后

搭配上篇《Android 匿名共享内存 Ashmem 驱动浅析》,相信你对 Android 共享内存知识点一定有了更多的了解。

来思考一个问题,共享内存有什么适用场景呢?如何使用 MemoryFile 等共享内存工具类优化我们的程序性能呢?

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