MemoryFile 共享内存原理分析 android后端

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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 共享内存原理分析】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：」

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);

「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：」

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

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：

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

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：

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); //创建匿名共享内存 ... return jniCreateFileDescriptor(env, fd); }

接着来看 ashmem_create_region 方法，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; //创建匿名共享内存 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 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：

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

进一步调用到 __ashmem_open_locked 方法，如下：

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

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：

//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：

//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：