Android系統(tǒng)匿名共享內(nèi)存Ashmem(Anonymous Shared Memory)簡(jiǎn)要介紹

1、       在Android系統(tǒng)中，提供了獨(dú)特的匿名共享內(nèi)存子系統(tǒng)Ashmem（Anonymous Shared Memory），它以驅(qū)動(dòng)程序的形式實(shí)現(xiàn)在內(nèi)核空間中。它有兩個(gè)特點(diǎn)，一是能夠輔助內(nèi)存管理系統(tǒng)來(lái)有效地管理不再使用的內(nèi)存塊，二是它通過(guò)Binder進(jìn)程間通信機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的內(nèi)存共享。本文中，我們將通過(guò)實(shí)例來(lái)簡(jiǎn)要介紹Android系統(tǒng)的匿名共享內(nèi)存的使用方法，使得我們對(duì)Android系統(tǒng)的匿名共享內(nèi)存機(jī)制有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)它的源代碼實(shí)現(xiàn)打下基礎(chǔ)。        Android系統(tǒng)的匿

2、名共享內(nèi)存子系統(tǒng)的主體是以驅(qū)動(dòng)程序的形式實(shí)現(xiàn)在內(nèi)核空間的，同時(shí)，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)庫(kù)層和應(yīng)用程序框架層提供了訪問(wèn)接口，其中，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)庫(kù)層提供了C/C+調(diào)用接口，而在應(yīng)用程序框架層提供了Java調(diào)用接口。這里，我們將直接通過(guò)應(yīng)用程序框架層提供的Java調(diào)用接口來(lái)說(shuō)明匿名共享內(nèi)存子系統(tǒng)Ashmem的使用方法，畢竟我們?cè)贏ndroid開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序時(shí)，是基于Java語(yǔ)言的，而實(shí)際上，應(yīng)用程序框架層的Java調(diào)用接口是通過(guò)JNI方法來(lái)調(diào)用系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)庫(kù)層的C/C+調(diào)用接口，最后進(jìn)入到內(nèi)核空間的Ashmem驅(qū)動(dòng)程序去的。        我們?cè)谶@里舉的例子是一個(gè)

3、名為Ashmem的應(yīng)用程序，它包含了一個(gè)Server端和一個(gè)Client端實(shí)現(xiàn)，其中，Server端是以Service的形式實(shí)現(xiàn)的，在這里Service里面，創(chuàng)建一個(gè)匿名共享內(nèi)存文件，而Client是一個(gè)Activity，這個(gè)Activity通過(guò)Binder進(jìn)程間通信機(jī)制獲得前面這個(gè)Service創(chuàng)建的匿名共享內(nèi)存文件的句柄，從而實(shí)現(xiàn)共享。在Android應(yīng)用程序框架層，提供了一個(gè)MemoryFile接口來(lái)封裝了匿名共享內(nèi)存文件的創(chuàng)建和使用，它實(shí)現(xiàn)在frameworks/base/core/java/android/os/MemoryFile.java文件中。下面，我們就來(lái)看看Server端是

4、如何通過(guò)MemoryFile類來(lái)創(chuàng)建匿名共享內(nèi)存文件的以及Client是如何獲得這個(gè)匿名共享內(nèi)存文件的句柄的。        在MemoryFile類中，提供了兩種創(chuàng)建匿名共享內(nèi)存的方法，我們通過(guò)MemoryFile類的構(gòu)造函數(shù)來(lái)看看這兩種使用方法：view plain1. public class MemoryFile  2.   3.     .  4.   5.    &

5、#160;/* 6.     * Allocates a new ashmem region. The region is initially not purgable. 7.     * 8.     * param name optional name for the

6、0;file (can be null). 9.     * param length of the memory file in bytes. 10.     * throws IOException if the memory file could not be created.

7、60;11.     */  12.     public MemoryFile(String name, int length) throws IOException   13.         mLength = length;  14.     

8、;    mFD = native_open(name, length);  15.         mAddress = native_mmap(mFD, length, PROT_READ | PROT_WRITE);  16.         mOwnsRegio

9、n = true;  17.       18.   19.     /* 20.     * Creates a reference to an existing memory file. Changes to the original file 

10、21.     * will be available through this reference. 22.     * Calls to link #allowPurging(boolean) on the returned MemoryFile will fail. 23.     *

11、0;24.     * param fd File descriptor for an existing memory file, as returned by 25.     *        link #getFileDescriptor(). This file 

12、descriptor will be closed 26.     *        by link #close(). 27.     * param length Length of the memory file in bytes. 28.   

13、;  * param mode File mode. Currently only "r" for read-only access is supported. 29.     * throws NullPointerException if <code>fd</code> is null. 3

14、0.     * throws IOException If <code>fd</code> does not refer to an existing memory file, 31.     *         or if the file&

15、#160;mode of the existing memory file is more restrictive 32.     *         than <code>mode</code>. 33.     * 34.     *

16、0;hide 35.     */  36.     public MemoryFile(FileDescriptor fd, int length, String mode) throws IOException   37.         if (fd = null

17、)   38.             throw new NullPointerException("File descriptor is null.");  39.           40.      &

18、#160;  if (!isMemoryFile(fd)   41.             throw new IllegalArgumentException("Not a memory file.");  42.          &

19、#160;43.         mLength = length;  44.         mFD = fd;  45.         mAddress = native_mmap(mFD, length, modeToProt(mo

20、de);  46.         mOwnsRegion = false;  47.       48.   49.     .  50.           從注釋中，我們可以看出這兩個(gè)構(gòu)造函數(shù)的使用方法，這里就不再詳述了。兩個(gè)構(gòu)造函數(shù)的主要區(qū)別

21、是第一個(gè)參數(shù)，第一種構(gòu)造方法是以指定的字符串調(diào)用JNI方法native_open來(lái)創(chuàng)建一個(gè)匿名共享內(nèi)存文件，從而得到一個(gè)文件描述符，接著就以這個(gè)文件描述符為參數(shù)調(diào)用JNI方法natvie_mmap把這個(gè)匿名共享內(nèi)存文件映射在進(jìn)程空間中，然后就可以通過(guò)這個(gè)映射后得到的地址空間來(lái)直接訪問(wèn)內(nèi)存數(shù)據(jù)了；第二種構(gòu)造方法是以指定的文件描述符來(lái)直接調(diào)用JNI方法natvie_mmap把這個(gè)匿名共享內(nèi)存文件映射在進(jìn)程空間中，然后進(jìn)行訪問(wèn)，而這個(gè)文件描述符就必須要是一個(gè)匿名共享內(nèi)存文件的文件描述符，這是通過(guò)一個(gè)內(nèi)部函數(shù)isMemoryFile來(lái)驗(yàn)證的，而這個(gè)內(nèi)部函數(shù)isMemoryFile也是通過(guò)JNI方法調(diào)用

22、來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證的。前面所提到的這些JNI方法調(diào)用，最終都是通過(guò)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)庫(kù)層進(jìn)入到內(nèi)核空間的Ashmem驅(qū)動(dòng)程序中去，不過(guò)這里我們不關(guān)心這些JNI方法、系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層調(diào)用以及Ashmem驅(qū)動(dòng)程序的具體實(shí)現(xiàn)，在接下來(lái)的兩篇文章中，我們將會(huì)著重介紹，這里我們只關(guān)注MemoryFile這個(gè)類的使用方法。        前面我們說(shuō)到，我們?cè)谶@里舉的例子包含了一個(gè)Server端和一個(gè)Client端實(shí)現(xiàn)，其中， Server端就是通過(guò)前面一個(gè)構(gòu)造函數(shù)來(lái)創(chuàng)建一個(gè)匿名共享內(nèi)存文件，接著，Client端過(guò)Binder進(jìn)程間通信機(jī)制來(lái)向Server請(qǐng)求這個(gè)匿名共享內(nèi)存

23、的文件描述符，有了這個(gè)文件描述符之后，就可以通過(guò)后面一個(gè)構(gòu)造函數(shù)來(lái)共享這個(gè)內(nèi)存文件了。        因?yàn)樯婕暗紹inder進(jìn)程間通信，我們首先定義好Binder進(jìn)程間通信接口。Binder進(jìn)程間通信機(jī)制的相關(guān)介紹，請(qǐng)參考前面一篇文章Android進(jìn)程間通信（IPC）機(jī)制Binder簡(jiǎn)要介紹和學(xué)習(xí)計(jì)劃，這里就不詳細(xì)介紹了，直接進(jìn)入主題。        首先在源代碼工程的packages/experimental目錄下創(chuàng)建一個(gè)應(yīng)用程序工程目錄Ashmem。關(guān)于如何獲得Android源代碼工程，請(qǐng)參

24、考在Ubuntu上下載、編譯和安裝Android最新源代碼一文；關(guān)于如何在Android源代碼工程中創(chuàng)建應(yīng)用程序工程，請(qǐng)參考在Ubuntu上為Android系統(tǒng)內(nèi)置Java應(yīng)用程序測(cè)試Application Frameworks層的硬件服務(wù)        這里要用到的Binder進(jìn)程間通信接口定義在src/shy/luo/ashmem/IMemoryService.java文件中：view plain1. package2.   3. import4. import5. import6. import7. import8.

25、import9. import10.   11. public interface IMemoryService extends IInterface   12.     public static abstract class Stub extends Binder implements IMemoryService   13.   &

26、#160;     private static final String DESCRIPTOR =   14.   15.         public Stub()   16.             at

27、tachInterface(this, DESCRIPTOR);  17.           18.   19.         public static IMemoryService asInterface(IBinder obj)   20.     

28、        if (obj = null)   21.                 return null;  22.             

29、;  23.   24.             IInterface iin = (IInterface)obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);  25.             if (iin != n

30、ull && iin instanceof IMemoryService)   26.                 return (IMemoryService)iin;  27.            

31、60;  28.   29.             return new30.           31.   32.         public IBinder asBinder()  

32、; 33.             return this;  34.           35.   36.         Override   37.     &#

33、160;   public boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags) throws38.             switch (code)   39.      &#

34、160;      case INTERFACE_TRANSACTION:   40.                 reply.writeString(DESCRIPTOR);  41.           

35、0;     return true;  42.               43.             case TRANSACTION_getFileDescriptor:   44.   &

36、#160;             data.enforceInterface(DESCRIPTOR);  45.                   46.          &

37、#160;      ParcelFileDescriptor result = this.getFileDescriptor();  47.                   48.           &

38、#160;     reply.writeNoException();  49.                   50.                 if (result&

39、#160;!= null)   51.                     reply.writeInt(1);  52.                  

40、0;  result.writeToParcel(reply, 0);  53.                  else   54.                  

41、0;  reply.writeInt(0);  55.                   56.   57.                 return true;  

42、;58.               59.             case TRANSACTION_setValue:   60.              

43、0;  data.enforceInterface(DESCRIPTOR);  61.                   62.                 int val = dat

44、a.readInt();  63.                 setValue(val);  64.                   65.      

45、0;          reply.writeNoException();  66.                   67.               &

46、#160; return true;  68.               69.               70.   71.           

47、0; return super.onTransact(code, data, reply, flags);  72.           73.   74.         private static class Proxy implements IMemoryService&

48、#160;  75.             private IBinder mRemote;  76.   77.             Proxy(IBinder remote)   78.    

49、60;            mRemote = remote;  79.               80.   81.             public

50、 IBinder asBinder()   82.                 return mRemote;  83.               84.   85.   &

51、#160;         public String getInterfaceDescriptor()   86.                 return DESCRIPTOR;  87.       

52、        88.   89.             public ParcelFileDescriptor getFileDescriptor() throws RemoteException   90.         

53、        Parcel data = Parcel.obtain();  91.                 Parcel reply = Parcel.obtain();  92.   93.    

54、;             ParcelFileDescriptor result;  94.       95.                 try   96.   

55、;                  data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);  97.   98.                     mR

56、emote.transact(Stub.TRANSACTION_getFileDescriptor, data, reply, 0);  99.           100.                     reply.readExcepti

57、on();  101.                     if (0 != reply.readInt()   102.103.                &#

58、160;     else   104.                         result = null;  105.          

59、             106.                  finally   107.               &

60、#160;     reply.recycle();  108.                     data.recycle();  109.              &#

61、160;    110.       111.                 return result;  112.               113.  

62、; 114.             public void setValue(int val) throws RemoteException   115.                 Parcel data

63、0;= Parcel.obtain();  116.                 Parcel reply = Parcel.obtain();  117.   118.              

64、0;  try   119.                     data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);  120.               &#

65、160;     data.writeInt(val);  121.   122.                     mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_setValue, data, reply, 0);  123. &

66、#160;                     124.                     reply.readException();  125.  

67、;                finally   126.                     reply.recycle();  127.    &#

68、160;                data.recycle();  128.                   129.          &

69、#160;    130.           131.   132.         static final int TRANSACTION_getFileDescriptor = IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0;  133.

70、        static final int TRANSACTION_setValue = IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 1;  134.   135.       136.   137.     public ParcelFileDesc

71、riptor getFileDescriptor() throws RemoteException;  138.     public void setValue(int val) throws RemoteException;  139.           這里主要是定義了IMemoryService接口，它里面有兩個(gè)調(diào)用接口：view plain1. publi

72、c ParcelFileDescriptor getFileDescriptor() throws RemoteException;  2. public void setValue(int val) throws RemoteException;  Android系統(tǒng)進(jìn)程間通信Binder機(jī)制在應(yīng)用程序框架層的Java接口源代碼分析一文。        有了Binder進(jìn)程間通信接口之后，接下來(lái)就是要在Server

73、端實(shí)現(xiàn)一個(gè)本地服務(wù)了。這里，Server端實(shí)現(xiàn)的本地服務(wù)名為MemoryService，實(shí)現(xiàn)在src/shy/luo/ashmem/MemoryService.java文件中：view plain1. package2.   3. import4. import5.   6. import7. import8. import9. import10.   11. public class MemoryService extends IMemoryService.Stub  &#

74、160;12.     private final static String LOG_TAG =   13.     private MemoryFile file = null;  14.       15.     public MemoryService()&#

75、160;  16.         try   17.                         file = new MemoryFile("Ashmem", 4

76、);  18.                         setValue(0);  19.                   20

77、.                 catch(IOException ex)   21.                         Log.i(LOG_

78、TAG, "Failed to create memory file.");  22.                         ex.printStackTrace();  23.      

79、             24.       25.   26.     public ParcelFileDescriptor getFileDescriptor()   27.         Log.i(LOG_T

80、AG, "Get File Descriptor.");  28.   29.         ParcelFileDescriptor pfd = null;  30.   31.         try   32.   

81、60;         pfd = file.getParcelFileDescriptor();  33.          catch(IOException ex)   34.             Log.i(

82、LOG_TAG, "Failed to get file descriptor.");  35.             ex.printStackTrace();  36.           37.   38.    

83、;     return pfd;  39.       40.       41.     public void setValue(int val)   42.         if(file = 

84、;null)   43.             return;  44.           45.   46.         byte buffer = new byte4; 

85、;    47.         buffer0 = (byte)(val >>> 24) & 0xFF);  48.         buffer1 = (byte)(val >>> 16) & 0xFF)

86、;  49.         buffer2 = (byte)(val >>> 8) & 0xFF);   50.         buffer3 = (byte)(val & 0xFF);  51.    

87、;       52.         try   53.             file.writeBytes(buffer, 0, 0, 4);  54.        &#

88、160;    Log.i(LOG_TAG, "Set value " + val + " to memory file. ");  55.           56.         catch(IOExce

89、ption ex)   57.             Log.i(LOG_TAG, "Failed to write bytes to memory file.");  58.             ex.

90、printStackTrace();  59.           60.       61.           注意，這里的MemoryService類實(shí)現(xiàn)了IMemoryService.Stub類，表示這是一個(gè)Binder服務(wù)的本地實(shí)現(xiàn)。在構(gòu)造函數(shù)中，通過(guò)指定文件名和文件大小來(lái)創(chuàng)建了一個(gè)匿名共享內(nèi)存文件，即創(chuàng)建MemoryFile的一個(gè)實(shí)例，

91、并保存在類成員變量file中。這個(gè)匿名共享內(nèi)存文件名為"Ashmem"，大小為4個(gè)節(jié)字，剛好容納一個(gè)整數(shù)，我們這里舉的例子就是要說(shuō)明如果創(chuàng)建一個(gè)匿名共享內(nèi)存來(lái)在兩個(gè)進(jìn)程間實(shí)現(xiàn)共享一個(gè)整數(shù)了。當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建合適大小的共享內(nèi)存來(lái)共享有意義的數(shù)據(jù)。        這里還實(shí)現(xiàn)了IMemoryService.Stub的兩個(gè)接口getFileDescriptor和setVal，一個(gè)用來(lái)獲取匿名共享內(nèi)存文件的文件描述符，一個(gè)來(lái)往匿名共享內(nèi)存文件中寫入一個(gè)整數(shù)，其中，接口getFileDescriptor的返回值是一個(gè)

92、ParcelFileDescriptor。在Java中，是用FileDescriptor類來(lái)表示一個(gè)文件描述符的，而ParcelFileDescriptor是用來(lái)序列化FileDescriptor的，以便在進(jìn)程間調(diào)用時(shí)傳輸。        定義好本地服務(wù)好，就要定義一個(gè)Server來(lái)啟動(dòng)這個(gè)服務(wù)了。這里定義的Server實(shí)現(xiàn)在src/shy/luo/ashmem/Server.java文件中：view plain1. package2.   3. import4. import5. import6. import7. imp

93、ort8.   9. public class Server extends Service   10.     private final static String LOG_TAG =   11.   12.     private MemoryService memoryService =&#

94、160;null;  13.   14.     Override  15.     public IBinder onBind(Intent intent)   16.         return null;  17.      

95、60;18.   19.     Override  20.     public void onCreate()   21.     Log.i(LOG_TAG, "Create Memory Service.");  22.   23.     memor

96、yService = new MemoryService();  24.   25.         try   26.             ServiceManager.addService("AnonymousSharedMemory", memoryServi

97、ce);  27.             Log.i(LOG_TAG, "Succeed to add memory service.");  28.          catch (RuntimeException ex)   

98、;29.             Log.i(LOG_TAG, "Failed to add Memory Service.");  30.             ex.printStackTrace();  31.   

99、60;       32.   33.       34.   35.     Override  36.     public void onStart(Intent intent, int startId)   37.   &

100、#160;     Log.i(LOG_TAG, "Start Memory Service.");  38.       39.   40.     Override  41.     public void onDestroy()   42. &

101、#160;   Log.i(LOG_TAG, "Destroy Memory Service.");  43.       44.           這個(gè)Server繼承了Android系統(tǒng)應(yīng)用程序框架層提供的Service類，當(dāng)它被啟動(dòng)時(shí)，運(yùn)行在一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程中。當(dāng)這個(gè)Server被啟動(dòng)時(shí)，它的onCreate函數(shù)就會(huì)被調(diào)用，然后它就通過(guò)ServiceManage

102、r的addService接口來(lái)添加MemoryService了：view plain1. memoryService = new MemoryService();  2.   3. try   4.     ServiceManager.addService("AnonymousSharedMemory", memoryService);  5.     Log.i(

103、LOG_TAG, "Succeed to add memory service.");  6.  catch (RuntimeException ex)   7.     Log.i(LOG_TAG, "Failed to add Memory Service.");  8.    

104、60;ex.printStackTrace();  9.          這樣，當(dāng)這個(gè)Server成功啟動(dòng)了，Client就可以通過(guò)ServiceManager的getService接口來(lái)獲取這個(gè)MemoryService了。       接著，我們就來(lái)看Client端的實(shí)現(xiàn)。Client端是一個(gè)Activity，實(shí)現(xiàn)在src/shy/luo/ashmem/Client.java文件中：view plain1. package2.   3. import

105、4. import5.   6. import7. import8. import9. import10. import11. import12. import13. import14. import15. import16. import17. import18. import19.   20. public class Client extends Activity implements OnClickListener   21.   

106、60; private final static String LOG_TAG =   22.       23.     IMemoryService memoryService = null;  24.     MemoryFile memoryFile = null; &#

107、160;25.       26.     private EditText valueText = null;  27.     private Button readButton = null;  28.     private Button writeButton 

108、;= null;  29.     private Button clearButton = null;  30.       31.         Override  32.         public void&

109、#160;onCreate(Bundle savedInstanceState)   33.             super.onCreate(savedInstanceState);  34.35.   36.         IMemoryService ms = getMemor

110、yService();  37.         if(ms = null)           38.                 startService(new Intent(); 

111、; 39.          else   40.             Log.i(LOG_TAG, "Memory Service has started.");  41.        

112、60;  42.   43.44.45.46.47.   48.         readButton.setOnClickListener(this);  49.             writeButton.setOnClickListener(this);  50.   

113、          clearButton.setOnClickListener(this);  51.           52.             Log.i(LOG_TAG, "Client Activity 

114、;Created.");  53.           54.   55.         Override  56.         public void onResume()   57.   &

115、#160;     super.onResume();  58.   59.         Log.i(LOG_TAG, "Client Activity Resumed.");  60.           61.   62. 

116、0;       Override  63.         public void onPause()   64.         super.onPause();  65.   66.       

117、;  Log.i(LOG_TAG, "Client Activity Paused.");  67.           68.       69.         Override  70.     

118、0;   public void onClick(View v)   71.             if(v.equals(readButton)   72.                 int

119、 val = 0;  73.               74.                 MemoryFile mf = getMemoryFile();  75.   &

120、#160;             if(mf != null)   76.                 try   77.         &#

121、160;               byte buffer = new byte4;  78.                         mf

122、.readBytes(buffer, 0, 0, 4);  79.                   80.                      

123、60;  val = (buffer0 << 24) | (buffer1 & 0xFF) << 16) | (buffer2 & 0xFF) << 8) | (buffer3 & 0xFF);  81.         

124、;         catch(IOException ex)   82.                     Log.i(LOG_TAG, "Failed to read bytes from 

125、memory file.");  83.                     ex.printStackTrace();  84.                  

126、 85.                      86.               87.             

127、    String text = String.valueOf(val);  88.                 valueText.setText(text);  89.             

128、60;else if(v.equals(writeButton)   90.                 String text = valueText.getText().toString();  91.            

129、60;    int val = Integer.parseInt(text);  92.               93.                 IMemoryService ms

130、60;= getMemoryService();  94.                 if(ms != null)   95.                 try  &#

131、160;96.                         ms.setValue(val);  97.                  catch(RemoteE

132、xception ex)   98.                     Log.i(LOG_TAG, "Failed to set value to memory service.");  99.     

133、;                ex.printStackTrace();  100.                   101.         

134、0;         102.              else if(v.equals(clearButton)   103.                 String&#

135、160;text = ""  104.                 valueText.setText(text);  105.               106.     

136、      107.       108.         private IMemoryService getMemoryService()   109.             if(memoryService !=

137、 null)   110.                 return memoryService;  111.               112.       &#

138、160;   113.114.                             ServiceManager.getService("AnonymousSharedMemory");  115.   116.  

139、       Log.i(LOG_TAG, memoryService != null ? "Succeed to get memeory service." : "Failed to get memory service.");  117.       &#

140、160;   118.             return memoryService;  119.           120.       121.         priv

141、ate MemoryFile getMemoryFile()   122.             if(memoryFile != null)   123.                 return memoryFile;  124.               125.               126.