Android HIDL(7) - Using Memory Block

https://source.android.com/devices/architecture/hidl/memoryblock

HIDL 内存块

HIDL MemoryBlock 是构建在 hidl_memory、HIDL @1.0::IAllocator 和 HIDL @1.0::IMapper 之上的抽象层，专为有多个内存块共用单个内存堆的 HIDL 服务而设计。

性能提升

在应用中使用 MemoryBlock 可显著减少 mmap/munmap 数量和用户空间细分错误，从而提升性能。例如：

• 对每个缓冲区分配使用一个 hidl_memory，则每次分配平均用时 238 us。
• 使用 MemoryBlock 并共享单个 hidl_memory，则每次分配平均用时 2.82 us。

架构

HIDL MemoryBlock 架构包括一些有多个内存块共用单个内存堆的 HIDL 服务：

图 1. HIDL MemoryBlock 架构

常规用法

本部分提供了一个关于如何通过以下方式使用 MemoryBlock 的示例：先声明 HAL，然后实现 HAL。

声明 HAL

对于以下示例 IFoo HAL：

import android.hidl.memory.block@1.0::MemoryBlock;

interface IFoo {
    getSome() generates(MemoryBlock block);
    giveBack(MemoryBlock block);
};

 

Android.bp 如下所示：

hidl_interface {
    ...
    srcs: [
        "IFoo.hal",
    ],
    interfaces: [
        "android.hidl.memory.block@1.0",
        ...
};

 

实现 HAL

要实现示例 HAL，请执行以下操作：

1. 获取 hidl_memory（有关详情，请参阅 HIDL C++）。

   #include <android/hidl/allocator/1.0/IAllocator.h>
   
   using ::android::hidl::allocator::V1_0::IAllocator;
   using ::android::hardware::hidl_memory;
   ...
     sp<IAllocator> allocator = IAllocator::getService("ashmem");
     allocator->allocate(2048, [&](bool success, const hidl_memory& mem)
     {
           if (!success) { /* error */ }
           // you can now use the hidl_memory object 'mem' or pass it
     }));
   

    

2. 使用获取的 hidl_memory 创建 HidlMemoryDealer：

   #include <hidlmemory/HidlMemoryDealer.h>
   
   using ::android::hardware::HidlMemoryDealer
   /* The mem argument is acquired in the Step1, returned by the ashmemAllocator->allocate */
   sp<HidlMemoryDealer> memory_dealer = HidlMemoryDealer::getInstance(mem);
   

    

3. 分配 MemoryBlock（使用 HIDL 定义的结构体）。

   示例 MemoryBlock：

   struct MemoryBlock {
   IMemoryToken token;
   uint64_t size;
   uint64_t offset;
   };
   

    

   使用 MemoryDealer 分配 MemoryBlock 的示例：

   #include <android/hidl/memory/block/1.0/types.h>
   
   using ::android::hidl::memory::block::V1_0::MemoryBlock;
   
   Return<void> Foo::getSome(getSome_cb _hidl_cb) {
       MemoryBlock block = memory_dealer->allocate(1024);
       if(HidlMemoryDealer::isOk(block)){
           _hidl_cb(block);
       ...
   

    

4. 解除 MemoryBlock 分配：

   Return<void> Foo::giveBack(const MemoryBlock& block) {
       memory_dealer->deallocate(block.offset);
   ...
   

    

5. 操控数据：

   #include <hidlmemory/mapping.h>
   #include <android/hidl/memory/1.0/IMemory.h>
   
   using ::android::hidl::memory::V1_0::IMemory;
   
   sp<IMemory> memory = mapMemory(block);
   uint8_t* data =
   
   static_cast<uint8_t*>(static_cast<void*>(memory->getPointer()));
   

    

6. 配置 Android.bp：

   shared_libs: [
           "android.hidl.memory@1.0",
   
           "android.hidl.memory.block@1.0"
   
           "android.hidl.memory.token@1.0",
           "libhidlbase",
           "libhidlmemory",
   

    

7. 查看流程，确定是否需要 lockMemory。

   通常，MemoryBlock 使用引用计数来维护共享的 hidl_memory：当其中有 MemoryBlock 首次被映射时，系统会对该内存执行 mmap() 操作；如果没有任何内容引用该内存，则系统会对其执行 munmap() 操作。为确保始终映射 hidl_memory，您可以使用 lockMemory，这是一种 RAII 样式的对象，可使相应的 hidl_memory 在整个锁定生命周期内保持映射状态。示例：

   #include <hidlmemory/mapping.h>
   
   sp<RefBase> lockMemory(const sp<IMemoryToken> key);
   

    

扩展用法

本部分详细介绍了 MemoryBlock 的扩展用法。

使用引用计数来管理 Memoryblock

在大多数情况下，要使用 MemoryBlock，最高效的方法是明确分配/解除分配。不过，在复杂应用中，使用引用计数进行垃圾回收可能会更好。要获得 MemoryBlock 的引用计数，您可以将 MemoryBlock 与 binder 对象绑定，这有助于对引用进行计数，并在计数降至零时解除 MemoryBlock 分配。

声明 HAL

声明 HAL 时，请描述包含 MemoryBlock 和 IBase 的 HIDL 结构体：

import android.hidl.memory.block@1.0::MemoryBlock;

struct MemoryBlockAllocation {
    MemoryBlock block;
    IBase refcnt;
};

 

使用 MemoryBlockAllocation 替换 MemoryBlock 并移除相应方法，以返回 MemoryBlock。该内存块将由引用计数功能通过 MemoryBlockAllocation 解除分配。示例：

interface IFoo {
    allocateSome() generates(MemoryBlockAllocation allocation);
};

 

实现 HAL

HAL 服务端实现示例：

class MemoryBlockRefCnt: public virtual IBase {
   MemoryBlockRefCnt(uint64_t offset, sp<MemoryDealer> dealer)
     : mOffset(offset), mDealer(dealer) {}
   ~MemoryBlockRefCnt() {
       mDealer->deallocate(mOffset);
   }
 private:
   uint64_t mOffset;
   sp<MemoryDealer> mDealer;
};

Return<void> Foo::allocateSome(allocateSome_cb _hidl_cb) {
    MemoryBlockAllocation allocation;
    allocation.block = memory_dealer->allocate(1024);
    if(HidlMemoryDealer::isOk(block)){
        allocation.refcnt= new MemoryBlockRefCnt(...);
        _hidl_cb(allocation);

 

HAL 客户端实现示例：

ifoo->allocateSome([&](const MemoryBlockAllocation& allocation){
    ...
);

 

附加/检索元数据

某些应用需要额外的数据才能与所分配的 MemoryBlock 绑定。您可以使用以下两种方法来附加/检索元数据：

• 如果应用访问元数据的频率与访问内存块本身的频率相同，请附加元数据并以结构体的形式传递所有元数据。示例：

  import android.hidl.memory.block@1.0::MemoryBlock;
  
  struct MemoryBlockWithMetaData{
      MemoryBlock block;
      MetaDataStruct metaData;
  };
  

   

• 如果应用访问元数据的频率远低于访问内存块的频率，则使用接口被动传递元数据会更加高效。示例：

  import android.hidl.memory.block@1.0::MemoryBlock;
  
  struct MemoryBlockWithMetaData{
      MemoryBlock block;
      IMetaData metaData;
  };
  

   

  接下来，使用 Memory Dealer 将元数据和 MemoryBlock 绑定在一起。示例：

  MemoryBlockWithMetaData memory_block;
  memory_block.block = dealer->allocate(size);
  if(HidlMemoryDealer::isOk(block)){
      memory_block.metaData = new MetaData(...);
  

   

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