Binder 内存管理
概览
Binder 内存管理指的是：管理 binder mmap 映射的这块缓冲区。其中有两个关键的数据结构：
binder_alloc：缓冲区分配器，对每个使用 binder 进行 IPC 通信的进程，事先建立一个缓冲区；
binder_buffer: 描述缓冲区的数据结构
本文先对这两个关键的数据结构进行研究，然后再逐一分析使用这些数据结构的相关函数和算法。
数据结构分析
binder_alloc
struct binder_alloc {
struct mutex mutex;
// 指向调用 mmap 时分配的 vm_area_struct（描述用户空间的虚拟地址）
struct vm_area_struct *vma;
// 该进程的用户空间及相关信息
struct mm_struct *vma_vm_mm;
// vm_area_struct 的起始地址
void __user *buffer;
// 一个双向循环链表
struct list_head buffers;
// 红黑树，管理所有可分配的 binder_buffer, 按 buffer 大小排序
struct rb_root free_buffers;
// 管理所有已分配的 binder_buffer, 按 buffer 的起始的用户空间虚拟地址排序
struct rb_root allocated_buffers;
size_t free_async_space;
// 数组，每个元素对应一个物理页，用于物理页回收
struct binder_lru_page *pages;
// 整个缓冲区大小
size_t buffer_size;
uint32_t buffer_free;
int pid;
size_t pages_high;
};vm_area_struct 数据结构用于描述用户空间的虚拟地址，其中包括虚拟地址相关的信息。
在缓冲区初始化或者分配以后，内存中会多出如下几个数据结构：
需要注意，其中 allocated_buffers 红黑树此时是一个空树。
binder_buffer
binder_buffer 数据结构用于表示缓冲区：
struct binder_buffer {
/* 表示链表中的一个节点；将 binder_buffer 插入 binder_alloc 的 buffer 链表时，
* 就是将该 entry 插入链表中；遍历链表的时候
* 拿到该 entry, 可通过 API 获取对应的 binder_buffer
*/
struct list_head entry; /* free and allocated entries by address */
// 在红黑树中 binder_buff 的表示：free_buffers 和 allocated_buffers
struct rb_node rb_node; /* free entry by size or allocated entry */
/* by address */
unsigned free:1; // 标识该 buffer 是空闲的
unsigned allow_user_free:1;
unsigned async_transaction:1;
unsigned debug_id:29;
struct binder_transaction *transaction; // 与该缓冲区关联的 binder_transaction
struct binder_node *target_node; // 与该缓冲区关联的 binder_node
size_t data_size; // transaction 数据的大小
size_t offsets_size; // offsets 数组的大小
size_t extra_buffers_size; // 其他对象的空间大小
void __user *user_data; // 用户空间的虚拟地址，指向该缓冲区的起始位置
int pid; // 所属进程的 id
};mmap 的两个函数
有两个函数和 mmap 和上述的两个数据结构息息相关：
binder_alloc_mmap_handler()：用户分配空间，参数 struct binder_alloc *alloc 和 struct vm_area_struct *vma
binder_alloc_copy_user_to_buffer()：将客户端的数据 copy 到缓冲区，逐个物理页处理。
通过 kmap 建立内核空间虚拟地址和物理页的映射
通过 copy_from_user 按页拷贝
通过 kunmap 取消映射
binder_alloc_mmap_handler()
todo
binder_alloc_copy_user_to_buffer()
其代码如下：
/**
* binder_alloc_copy_user_to_buffer() - copy src user to tgt user
* @alloc: binder_alloc for this proc
* (指向 binder_alloc 数据结构)
* @buffer: binder buffer to be accessed
* （指向 binder_buff 数据结构）从缓存区中划分出一小块，用于接收客户端数据；
* buffer 是否已经分配物理内存？取决于 kzmalloc
* @buffer_offset: offset into @buffer data
* @from: userspace pointer to source buffer
* @bytes: bytes to copy
*
* Copy bytes from source userspace to target buffer.
*
* Return: bytes remaining to be copied
*/
unsigned long
binder_alloc_copy_user_to_buffer(struct binder_alloc *alloc,
struct binder_buffer *buffer,
binder_size_t buffer_offset,
const void __user *from,
size_t bytes)
{
if (!check_buffer(alloc, buffer, buffer_offset, bytes))
return bytes;
while (bytes) {
unsigned long size;
unsigned long ret;
struct page *page;
pgoff_t pgoff;
void *kptr;
page = binder_alloc_get_page(alloc, buffer,
buffer_offset, &pgoff);
size = min_t(size_t, bytes, PAGE_SIZE - pgoff);
kptr = kmap(page) + pgoff;
ret = copy_from_user(kptr, from, size);
kunmap(page);
if (ret)
return bytes - size + ret;
bytes -= size;
from += size;
buffer_offset += size;
}
return 0;
}caller: binder_transaction()
binder_alloc_copy_user_to_buffer 函数在 binder_transaction 中被调用。
if(binder_alloc_copy_user_to_buffer(
&target_proc->alloc,
t->buffer, 0,
(const void __user *)
(uintptr_t)tr->data.ptr.buffer,
tr->data_size)))重点关注其中的 buffer, 来自于 t->buffer, t 是一个 struct binder_transaction *t, binder_transaction 中有一个 binder_buffer 类型的成员变量; 其赋值的语句如下：
t = kzalloc(sizeof(*t), GFP_KERNEL);- 第一个参数，含义为 size
- 第二个参数，含义为分配的内存类型
kzalloc 函数的定义和实现如下：
/**
* kzalloc - allocate memory. The memory is set to zero.
* @size: how many bytes of memory are required.
* @flags: the type of memory to allocate (see kmalloc).
*/
static inline void *kzalloc(size_t size, gfp_t flags)
{
return kmalloc(size, flags | __GFP_ZERO);
}kzalloc() 分配一个指定大小的内存块，并将其初始化为 0。它类似于 kmalloc()，但会自动将分配的内存清零，以避免敏感数据泄露。
如果分配成功，则返回指向分配内存块的指针。注意，这个函数分配的是内核中的虚拟内存。
关于 malloc 内存分配
malloc 内存分配的时候，内核会给申请者分配一个物理页，如果不够的话，再触发缺页异常。
接下来再看 tr->data.ptr.buffer 的含义，这是第四个参数 @from: userspace pointer to source buffer；tr 是 binder_transaction 自带的参数，类型为 binder_transaction_data, 数据结构如下：
union {
struct {
/* transaction data */
binder_uintptr_t buffer;
/* offsets from buffer to flat_binder_object structs */
binder_uintptr_t offsets;
} ptr;
__u8 buf[8];
} data;最后一个参数也是来自于 tr.