ION是google在Android4.0 ICS为了解决内存碎片管理而引入的通用内存管理器，它会更加融合kernel。目前QCOM MSM, NVDIA

Tegra, TI OMAP, MRVL PXA都用ION替换PMEM。

ION与PMEM类似，管理一或多个内存池，其中有一些会在boot

time的时候预先分配，以备给特殊的硬件使用(GPU，显示控制器等)。

它通过ION

heaps来管理这些pool。它可以被userspace的process之间或者内核中的模块之间进行内存共享

ION 框架[1]

ION 定义了四种不同的heap，实现不同的内存分配策略。

ION_HEAP_TYPE_SYSTEM : 通过vmalloc分配内存

ION_HEAP_TYPE_SYSTEM_CONTIG: 通过kmalloc分配内存

ION_HEAP_TYPE_CARVEOUT: 在保留内存块中(reserve memory)分配内存

ION_HEAP_TYPE_CUSTOM: 由客户自己定义

ION APIs

用户空间 API

定义了6种 ioctl 接口，可以与用户应用程序交互。

ION_IOC_ALLOC: 分配内存

ION_IOC_FREE: 释放内存

ION_IOC_MAP: 获取文件描述符进行mmap (? 在code中未使用这个定义)

ION_IOC_SHARE: 创建文件描述符来实现共享内存

ION_IOC_IMPORT: 获取文件描述符

ION_IOC_CUSTOM: 调用用户自定义的ioctl

ION_IOC_SHARE

及ION_IOC_IMPORT是基于DMABUF实现的，所以当共享进程获取文件描述符后，可以直接调用mmap来操作共享内存。mmap实现由DMABUF子系统调用ION子系统中mmap回调函数完成。

内核空间 API

内核驱动也可以注册为一个ION的客户端(client)，可以选择使用哪种类型的heap来申请内存。

ion_client_create: 分配一个客户端。

ion_client_destroy: 释放一个客户端及绑定在它上面的所有ion handle.

ion handle: 这里每个ion

handle映射到一个buffer中，每个buffer关联一个heap。也就是说一个客户端可以操作多块buffer。

Buffer 申请及释放函数:

ion_alloc: 申请ion内存，返回ion handle

ion_free: 释放ion handle

ION 通过handle来管理buffer，驱动需要可以访问到buffer的地址。ION通过下面的函数来达到这个目的

ion_phys: 返回buffer的物理地址(address)及大小(size)

ion_map_kernel: 给指定的buffer创建内核内存映射

ion_unmap_kernel: 销毁指定buffer的内核内存映射

ion_map_dma: 为指定buffer创建dma 映射，返回sglist(scatter/gather list)

ion_unmap_dma: 销毁指定buffer的dma映射

ION是通过handle而非buffer地址来实现驱动间共享内存，用户空间共享内存也是利用同样原理。

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 接口定义 [drivers/gpu/ion/ion_priv.h]

这些接口不是暴露给驱动或者用户应用程序的。

/**

* 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/ 提供一个debugfs 接口。

每个heap都有自己的debugfs目录，client内存使用状况显示在/sys/kernel/debug/ion/<

name>>$cat /sys/kernel/debug/ion/ion-heap-1

client pid size

test_ion 2890 16384

每个由pid标识的client也有一个debugfs目录/sys/kernel/debug/ion/<>$cat /sys/kernel/debug/ion/2890

heap_name: size_in_bytes

ion-heap-1: 40960 11

Kernel Driver间如何共享memory

kernel中使用ion_client_create来获得一个ion

client的句柄，

struct ion_client

*ion_client_create(struct ion_device *dev,unsigned int heap_mask, const

char *debug_name)

驱动通过userspace传递来的dev(/dev/ion)来获得一个ion client，

然后调用以下函数，把fd转换成driver认识的ion_handle objects

struct

ion_handle *ion_import_fd(struct ion_client *client, int fd_from_user);

如果像视频编解码硬件类似的driver需要操作物理上连续的空间，则还需要把ion_handle转换为一个物理连续的buffer

int ion_phys(struct ion_client *client, struct ion_handle

*handle,ion_phys_addr_t *addr, size_t *len)

userspace

side

ion通过/dev/ion设备来与用户侧的程序交互。userspace通过调用ioctl来进行内存的操作。

当获得该设备文件的描述符后，通过操作ion_allocation_data来获得所要的内存空间

struct ion_allocation_data {

size_t len;

size_t align;

unsigned int flags; -->可以制定从多种heap

type来获得所要的空间，这里需要注意，指定了多个type时，分配的顺序是由boot时加载heap(ion_device_add_heap())的顺序的LIFO。

struct ion_handle *handle;

}

分配内存的ioctl

int ioctl(int client_fd,

ION_IOC_ALLOC, struct ion_allocation_data *allocation_data)

请注意，userspace的操作都是基于打开的/dev/ion的文件描述符，通过它结合android中的IPC

Binder来在多个process之间传递fd，来达到共享内存的目的！！

相应的共享管理，依旧采用referrence count机制。

目前总有六个ioctl cmd提供给userspace

ION_IOC_ALLOC: 分配内存

ION_IOC_FREE: 释放内存

ION_IOC_MAP: 获得一个只想mmap映射的内存的文件描述符

ION_IOC_SHARE:

创建一个指向共享的内存的文件描述符

ION_IOC_IMPORT: 引入一个共享的文件描述符

ION_IOC_CUSTOM:

调用平台自定义的ioctl

其中ION_IOC_MAP/ION_IOC_SHARE使用一套代码完成，linaro建议只使用ION_IOC_SHARE这个cmd,以便能够不用区分实际map与mmap。

3.ION与DMABUF的比较

dma_buf 与

ion_buffer类似

dma_buf_attachment与ion_handle类似

两者的主要关注的方面不同，如下图

从中可以看出，DMABUF的适用面更广可以支持更多的平台，而ION目前只支持android。ION可以支持userspace端更方便的使用(这是android

driver的通性)，而DMABUF只有kernel端的API，通常只对driver/kernel开发者开放接口。

目前Linaro正在努力整合CMA和ION,以期能够更好的利用ION的用户接口来利用DMABUF的DMA Mapping功能。