Linux dma-buf核心函数实现分析

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于 2025-09-15 21:56:17 首次发布

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1. 前言

Linux dma-buf 框架原理、实现与应用一文中，介绍了dma-buf的框架和应用场景，这里再啰嗦一句：

DMA-BUF 允许一个驱动（Exporter，导出者）将自己管理的物理内存缓冲区以文件描述符（fd）的形式导出，其他驱动（Importer，导入者）通过 fd 获取该缓冲区的访问权，实现跨设备的高效数据共享。其核心思想是：

以文件描述符为统一接口，屏蔽底层物理内存的分配与管理细节。
通过引用计数、同步机制（如 dma_fence）、附件（attachment）等，保证多方安全、同步地访问同一块物理内存。
支持 mmap、vmap、CPU/GPU 访问、同步等多种操作。

2. 导出与导入的完整流程示例

2.1 导出（Exporter）流程

驱动分配物理缓冲区

例如 GPU 驱动分配一块显存或系统内存。最常见的就是分配一个drm_gem_object。
填充 dma_buf_export_info
- 设置 priv 指向私有缓冲区对象。
- 设置 ops 为导出者实现的操作函数表。
- 设置 size、owner、exp_name 等。
调用 dma_buf_export

根据dma_buf_export_info，返回 struct dma_buf *dmabuf。
调用 dma_buf_fd

获得 fd，返回给用户空间。
用户空间传递 fd 给其他驱动/进程

2.2 导入（Importer）流程

用户空间将 fd 传递给导入驱动（如通过 IOCTL）
导入驱动调用 dma_buf_get

通过dma_buf_get(fd) 获取 struct dma_buf *，增加引用计数。
调用 dma_buf_attach

在 dma_buf 上创建 attachment，加入 attachments 链表。
调用 dma_buf_map_attachment

获取物理页表（sg_table），进行 DMA 映射。
数据传输/处理
完成后 detach、put
调用 dma_buf_detach、dma_buf_put，释放引用。

2.3 代码示例（伪代码）

导出端:

struct my_buffer *buf = my_buffer_alloc(...);

DEFINE_DMA_BUF_EXPORT_INFO(exp_info);
exp_info.priv = buf;
exp_info.ops = &my_dma_buf_ops;
exp_info.size = buf->size;
exp_info.owner = THIS_MODULE;
exp_info.exp_name = "my_exporter";

struct dma_buf *dmabuf = dma_buf_export(&exp_info);

int fd = dma_buf_fd(dmabuf, O_CLOEXEC);
return fd; // 返回给用户空间

导入端：

int fd = ...; // 用户空间传入

struct dma_buf *dmabuf = dma_buf_get(fd);
struct dma_buf_attachment *attach = dma_buf_attach(dmabuf, my_device);
struct sg_table *sgt = dma_buf_map_attachment(attach, DMA_BIDIRECTIONAL);
// 进行 DMA 操作
dma_buf_unmap_attachment(attach, sgt, DMA_BIDIRECTIONAL);

dma_buf_detach(dmabuf, attach);
dma_buf_put(dmabuf);

3. 导出端核心函数分析

核心函数入口dma_buf_export。关键调用路径和函数如下：

dma_buf_export
    dma_buf_getfile
        alloc_anon_inode
        alloc_file_pseudo

struct dma_buf *dma_buf_export(const struct dma_buf_export_info *exp_info)
{
	struct dma_buf *dmabuf;
	struct dma_resv *resv = exp_info->resv;
	struct file *file;
	size_t alloc_size = sizeof(struct dma_buf);
	int ret;

    ...
    //1. 生成file
	file = dma_buf_getfile(exp_info->size, exp_info->flags);
    //2. 创建dmabuf
	dmabuf = kzalloc(alloc_size, GFP_KERNEL);

    //3. 把传入的参数设置给dmabuf
	dmabuf->priv = exp_info->priv;
	dmabuf->ops = exp_info->ops;
	dmabuf->size = exp_info->size;
	dmabuf->exp_name = exp_info->exp_name;
	dmabuf->owner = exp_info->owner;
	spin_lock_init(&dmabuf->name_lock);
	init_waitqueue_head(&dmabuf->poll);
	dmabuf->cb_in.poll = dmabuf->cb_out.poll = &dmabuf->poll;
	dmabuf->cb_in.active = dmabuf->cb_out.active = 0;
	INIT_LIST_HEAD(&dmabuf->attachments);

    //数据同步访问用，可忽略
	if (!resv) {
		dmabuf->resv = (struct dma_resv *)&dmabuf[1];
		dma_resv_init(dmabuf->resv);
	} else 
		dmabuf->resv = resv;

	ret = dma_buf_stats_setup(dmabuf, file);
    
    //4. 设置双向关联
	file->private_data = dmabuf;
	dmabuf->file = file;

	__dma_buf_list_add(dmabuf);

	return dmabuf;
}

有个dma_buf（这时已经是一个buf[存储在dmabuf的priv里]和file结合体了），就可以用dma_buf_fd来关联fd了。

int dma_buf_fd(struct dma_buf *dmabuf, int flags)
{
	int fd;

	if (!dmabuf || !dmabuf->file)
		return -EINVAL;

	fd = get_unused_fd_flags(flags);
	fd_install(fd, dmabuf->file);

	return fd;
}

4. 导入端核心函数分析

importer侧做的关键动作就是拿到fd后找到对应的dmabuf。这个动作的实现是dma_buf_get。

struct dma_buf *dma_buf_get(int fd)
{
	struct file *file;

	file = fget(fd);

	if (!file)
		return ERR_PTR(-EBADF);

	if (!is_dma_buf_file(file)) {
		fput(file);
		return ERR_PTR(-EINVAL);
	}
    //exporter时已经把dmabuf放到了file->private_data
	return file->private_data;
}

拿到dmabuf就可以继续访问dmabuf里的私有数据priv，可能就是一个drm_gem_object了。