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