ION HEAPとは

AndroidのIONについて調べたのでメモ。
意外と日本語のサイトは少ない印象を受けたので、役立つことを期待します。

###[back ground]
・memory fragmentationの解消が目的。
・もともと、NVIDIA-NVMAP, TI-CMEM, Qualcomm-PMEMといったようにSoc Vendorが開発していたが、現在はIONへ統合されている。

###[feature]
・memory fragmentationを解消するために技術。
・ION clientで領域を共有することができる。
・デバイスに依存した領域を予約することができる。(platformに依存したconfigが可能)
・予約された領域(memory pool)が、ION HEAPと呼ばれる。
・ION HEAPによって確保された領域は、物理連続領域である。
・ユーザclientは、/dev/ionを介して(open(2)して)、ion_allocation_data情報をargにして、ioctl(2)でIONを操作する。
・ユーザ空間では、open(2)したfile descriptorをIPCなどで他processへ教えることで、ION領域をshareできる(importできる)IFにになっている。

###[source code]

drivers/staging/android/uapi/ion.h

/**
 * enum ion_heap_types - list of all possible types of heaps
 * @ION_HEAP_TYPE_SYSTEM:	 memory allocated via vmalloc
 * @ION_HEAP_TYPE_SYSTEM_CONTIG: memory allocated via kmalloc
 * @ION_HEAP_TYPE_CARVEOUT:	 memory allocated from a prereserved
 *				 carveout heap, allocations are physically
 *				 contiguous
 * @ION_HEAP_TYPE_DMA:		 memory allocated via DMA API
 * @ION_NUM_HEAPS:		 helper for iterating over heaps, a bit mask
 *				 is used to identify the heaps, so only 32
 *				 total heap types are supported
 */
enum ion_heap_type {
	ION_HEAP_TYPE_SYSTEM,
	ION_HEAP_TYPE_SYSTEM_CONTIG,
	ION_HEAP_TYPE_CARVEOUT,
	ION_HEAP_TYPE_CHUNK,
	ION_HEAP_TYPE_DMA,
	ION_HEAP_TYPE_CUSTOM, /* must be last so device specific heaps always
				 are at the end of this enum */
	ION_NUM_HEAPS = 16,
};

 -> defaultでは、上記のpoolがあるが、追加することでユーザ独自のheapを定義可能。
    例えば。
    https://lists.linaro.org/pipermail/linaro-mm-sig/2012-January/001002.html
    のpatchはNVIDIA独自のpoolを含んでいる。

/**
 * DOC: ION_IOC_ALLOC - allocate memory
 *
 * Takes an ion_allocation_data struct and returns it with the handle field
 * populated with the opaque handle for the allocation.
 */
#define ION_IOC_ALLOC		_IOWR(ION_IOC_MAGIC, 0, \
				      struct ion_allocation_data)

/**
 * DOC: ION_IOC_FREE - free memory
 *
 * Takes an ion_handle_data struct and frees the handle.
 */
#define ION_IOC_FREE		_IOWR(ION_IOC_MAGIC, 1, struct ion_handle_data)

/**
 * DOC: ION_IOC_MAP - get a file descriptor to mmap
 *
 * Takes an ion_fd_data struct with the handle field populated with a valid
 * opaque handle.  Returns the struct with the fd field set to a file
 * descriptor open in the current address space.  This file descriptor
 * can then be used as an argument to mmap.
 */
#define ION_IOC_MAP		_IOWR(ION_IOC_MAGIC, 2, struct ion_fd_data)

/**
 * DOC: ION_IOC_SHARE - creates a file descriptor to use to share an allocation
 *
 * Takes an ion_fd_data struct with the handle field populated with a valid
 * opaque handle.  Returns the struct with the fd field set to a file
 * descriptor open in the current address space.  This file descriptor
 * can then be passed to another process.  The corresponding opaque handle can
 * be retrieved via ION_IOC_IMPORT.
 */
#define ION_IOC_SHARE		_IOWR(ION_IOC_MAGIC, 4, struct ion_fd_data)

/**
 * DOC: ION_IOC_IMPORT - imports a shared file descriptor
 *
 * Takes an ion_fd_data struct with the fd field populated with a valid file
 * descriptor obtained from ION_IOC_SHARE and returns the struct with the handle
 * filed set to the corresponding opaque handle.
 */
#define ION_IOC_IMPORT		_IOWR(ION_IOC_MAGIC, 5, struct ion_fd_data)

/**
 * DOC: ION_IOC_SYNC - syncs a shared file descriptors to memory
 *
 * Deprecated in favor of using the dma_buf api's correctly (syncing
 * will happend automatically when the buffer is mapped to a device).
 * If necessary should be used after touching a cached buffer from the cpu,
 * this will make the buffer in memory coherent.
 */
#define ION_IOC_SYNC		_IOWR(ION_IOC_MAGIC, 7, struct ion_fd_data)

/**
 * DOC: ION_IOC_CUSTOM - call architecture specific ion ioctl
 *
 * Takes the argument of the architecture specific ioctl to call and
 * passes appropriate userdata for that ioctl
 */
#define ION_IOC_CUSTOM		_IOWR(ION_IOC_MAGIC, 6, struct ion_custom_data)

 -> Interfaceは上記の通り、defaultではかなりすっきりしている。
    SoC Vendorが独自のIFを作成できるようになっている。

drivers/staging/android/ion/ion.c

struct ion_device *ion_device_create(long (*custom_ioctl)
				     (struct ion_client *client,
				      unsigned int cmd,
				      unsigned long arg))
{
	struct ion_device *idev;
	int ret;

	idev = kzalloc(sizeof(struct ion_device), GFP_KERNEL);
	if (!idev)
		return ERR_PTR(-ENOMEM);

	idev->dev.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR;
	idev->dev.name = "ion";
	idev->dev.fops = &ion_fops;
	idev->dev.parent = NULL;
	ret = misc_register(&idev->dev);
	if (ret) {
		pr_err("ion: failed to register misc device.\n");
		return ERR_PTR(ret);
	}

	idev->debug_root = debugfs_create_dir("ion", NULL);
	if (!idev->debug_root) {
		pr_err("ion: failed to create debugfs root directory.\n");
		goto debugfs_done;
	}
	idev->heaps_debug_root = debugfs_create_dir("heaps", idev->debug_root);
	if (!idev->heaps_debug_root) {
		pr_err("ion: failed to create debugfs heaps directory.\n");
		goto debugfs_done;
	}
	idev->clients_debug_root = debugfs_create_dir("clients",
						idev->debug_root);
	if (!idev->clients_debug_root)
		pr_err("ion: failed to create debugfs clients directory.\n");

 -> debugfs(/sys/kernel/debug/ion)でclientなどが確認できるようになっている。(はず。)
    ion driverのdummy_init関数で実行されている。

(*) linux-4.1.2

###[referenece]
The Android ION memory allocator

###[最後に]
不明点や質問があれば、時間があれば調べるので記載お願いします。