高通Camx-内存池架构/ImageBuffer

一、Camx内存池架构简介

1.1内存池使用的优点

        起首，在项目中假如频仍的使用malloc申请内存空间，堆上分配和开释内存，会导致性能的丧失。由于堆空间申请的存储地点是不连续的，也会使体系中出现的大量的内存碎片，低沉内存的使用率，而内存池的使用就很好的办理了这些性能和内存上的题目。
        其次，内存池使用映射到连续物理地点的Ion Buffer(本质是linux的file文件)，通过文件形貌符可以实现各个进程间数据的共享，比堆空间的使用范围大多了，能更好的link上下路各个模块间的链路。

1.2Camx内存池架构总览

        高通Camx架构中的imageBuffer在pipeline的流转中扮演着告急的作用，而管理imagerBuffer的ImageBufferManager与MemPool Manager共同负担起高通Camx架构中的内存池的调理脚色，下图简单绘制了一下相互的调用关系。

二、Camx ImageBufferManager

代码路径：vendor\qcom\proprietary\camx\src\core\camximagebuffermanager.cpp
                  vendor\qcom\proprietary\camx\src\core\camximagebuffer.cpp

2.1 ImageBufferManager干系函数分析

2.1.1 ImageBufferManager::Create函数实现如下

1. CamxResult ImageBufferManager::Create(
2.     const CHAR*              pBufferManagerName,
3.     BufferManagerCreateData* pCreateData,
4.     ImageBufferManager**     ppImageBufferManager)
5. {
6.     CamxResult          result              = CamxResultSuccess;
7.     ImageBufferManager* pImageBufferManager = NULL;
8.     if (CamxResultSuccess == result)
9.     {
10.         *ppImageBufferManager = NULL;
11.         pImageBufferManager = CAMX_NEW ImageBufferManager();
12.     }
14.     if (CamxResultSuccess == result)
15.     {
16.         // 从内存池中为ImageBufferManager分配内存
17.         result = pImageBufferManager->Initialize(pBufferManagerName, pCreateData);
18.         if (CamxResultSuccess == result)
19.         {
20.             CAMX_LOG_INFO(CamxLogGroupMemMgr, "[%s] : allocRequired=%d, immediateAllocBufferCount=%d, maxBufferCount=%d", pBufferManagerName, pCreateData->allocateBufferMemory, pCreateData->immediateAllocBufferCount, pCreateData->maxBufferCount);
21.             // 初始化ImageBufferManager中的buffers，这里是重点
22.             result = pImageBufferManager->InitializeBuffers(pCreateData);
23.         }
24.     }
25.     if (CamxResultSuccess == result)
26.     {
27.         *ppImageBufferManager = pImageBufferManager;
28.     }
29.     return result;

复制代码

2.1.2 ImageBufferManager::InitializeBuffer实现如下

1. CamxResult ImageBufferManager::InitializeBuffers(
2. BufferManagerCreateData* pCreateData) {
3.     m_createData                = *pCreateData;
4.     m_currentFormat             = pCreateData->bufferProperties.imageFormat;
5.     m_maxBufferCount            = pCreateData->maxBufferCount;
6.     m_immediateAllocBufferCount = pCreateData->immediateAllocBufferCount;
7.     // Allocate the minimum number of buffers needed immediately serially
8.     for (UINT i = 0; i < m_immediateAllocBufferCount; i++)
9.     {
10.         // ①new buffer
11.         ImageBuffer* pBuffer = CAMX_NEW ImageBuffer();
12.         if (NULL != pBuffer)
13.         {
14.             // ②buffer初始化，buffer相关信息放在全局变量m_createData中
15.             result = pBuffer->Initialize(m_pBufferManagerName, &m_createData, &m_currentFormat, this,m_hMemPoolBufMgrHandle);
16.             // ③Allocate the buffer
17.             result = pBuffer->Allocate();
18.             LDLLNode* pNode = static_cast<LDLLNode*>(CAMX_CALLOC(sizeof(LDLLNode)));
20.             if (NULL != pNode)
21.             {
22.                 pNode->pData = pBuffer;
23.                 // ④Add the buffer to the free buffer list
24.                 m_freeBufferList.InsertToTail(pNode);
25.             }
26.     }

复制代码

2.1.3 ImageBufferManager::GetImageBuffer函数实现如下

①从free-list中找buffer；假如没有
②再去busy-list中找引用计数为0的buffer；照旧没有
③看看能不能自己创建buffer；假如不能创建
④超时等候n次去获取busy-list中引用计数为0的buffer
颠末上述使用，假如能获取到buffer，先添加buffer的引用计数，然后封装成node，放到busy-list链表尾

2. ImageBuffer* ImageBufferManager::GetImageBuffer()
3. {
4.     // first：先从free_list的头部取出buffer节点
5.     LDLLNode*    pNode       = m_freeBufferList.RemoveFromHead();   
6.     ImageBuffer* pBuffer     = NULL;
7.     // Check the free List for an available buffer
8.     if (NULL != pNode)
9.     {
10.         // 取出buffer节点中的buffer
11.         pBuffer = static_cast<ImageBuffer*>(pNode->pData);  
12.         CAMX_FREE(pNode); // 释放该节点所占用的内存
13.         pNode = NULL;
16.     }
17.     // second：如果free_list中没有可用buffer，就去busy_list中去取
18.     if (NULL == pBuffer)
19.     {
20.         // 从头遍历busy_list中的节点
21.         pNode = m_busyBufferList.Head();
22.         while (NULL != pNode)
23.         {
24.             ImageBuffer* pBusyBuffer = static_cast<ImageBuffer*>(pNode->pData);  
25.             LDLLNode*    pNext       = LightweightDoublyLinkedList::NextNode(pNode);
26.             if (0 == pBusyBuffer->GetReferenceCount())
27.             {
28.                 // 如果该busy-buffer的引用计数为0，说明该buffer可以被使用
29.                 m_busyBufferList.RemoveNode(pNode);
30.                 // 就从busy_list中取出node，这里会先移出，然后后面会再次添加到busy-list的尾部
31.                 if (NULL == pBuffer) {
32.                     // We will keep this buffer
33.                     pBuffer = pBusyBuffer;   // 将上述busy-buffer赋值给pBuffer
34.                     CAMX_FREE(pNode);        // 释放该节点所占用的内存
35.                     pNode = NULL;
36.                 }
37.                 else
38.                 {
39.                     // 如果从busy-list取节点时刚好发现pBuffer不为空了，而pNode都从busy-list中取出来了，这次不用就下次再用吧，将其放到free-list中
40.                     m_freeBufferList.InsertToTail(pNode);
41.                     
42.                 }
43.             }
44.             pNode = pNext;
45.         }
46.     }
47.     // third：如果free-list和busy-list中没有找到引用计数为0的buffer，看看能不能创建buffer
48.     if (NULL == pBuffer)
49.     {
51.         UINT numOfFreeBuffers = m_freeBufferList.NumNodes();
52.         UINT numOfBusyBuffers = m_busyBufferList.NumNodes();
54.         // If no free buffers were found either in the free list or the busy list, we check to see if an additional buffer
55.         // can be allocated immediately
56.         if ((numOfFreeBuffers + numOfBusyBuffers) < m_maxBufferCount)
57.         {  
58.             // 只要没有达到创建buffer的max值，就能额外创建buffer
59.             CamxResult result = CamxResultSuccess;
60.             // 下面就是buffer创建三部曲
61.             pBuffer = CAMX_NEW ImageBuffer();
62.             if (NULL != pBuffer)
63.             {
64.                 result = pBuffer->Initialize(m_pBufferManagerName, &m_createData, &m_currentFormat, this, m_hMemPoolBufMgrHandle);  
65.                
66.             }
67.             else
68.             {
69.                 CAMX_LOG_ERROR(CamxLogGroupMemMgr, "[%s] Ran out of memory to allocate", GetBufferManagerName());
70.                 result = CamxResultENoMemory;
71.             }
73.             if (CamxResultSuccess == result)
74.             {
75.                 if ((TRUE == m_createData.allocateBufferMemory) &&
76.                     (FALSE == m_createData.bEnableLateBinding))
77.                 {
78.                     // Allocate the buffer
79.                     result = pBuffer->Allocate();
80.                 }
81.             }
82.         }
83.     }
84.     // four:如果上面三种情况都不满足，那么就只能等待busy-list中的buffer释放了
85.     if (NULL == pBuffer)
86.     {   
87.         pNode = NULL;
88.         while (NULL == pNode)
89.         {
90.             // 设置超时等待，接收busy-list中的buffer释放信号         
91.             result = m_pWaitFreeBuffer->TimedWait(m_pLock->GetNativeHandle(), BufferTimeoutMilliseconds);
92.             pNode = m_freeBufferList.RemoveFromHead();
94.             if (timeoutCount >= MaxTimeoutCount)
95.             {  
96.                 // 这里会进行几次超时等待，如果超过最大等待次数就退出循环，等不下去了，累了！！
97.                 CAMX_LOG_ERROR(CamxLogGroupMemMgr, "[%s] Waited %ux%u times and failed to get buffer, returning a null buffer", GetBufferManagerName(), timeoutCount, BufferTimeoutMilliseconds);
98.                 break;
99.             }
100.             else if (CamxResultETimeout == result)
101.             { // 继续超时等待，死等，还挺执着！！
102.                 // timeout happened, print an error log and continue waiting
103.                 timeoutCount++;
105.                 CAMX_LOG_WARN(CamxLogGroupMemMgr, "[%s] Waiting %ux%d ms timedout, there might be a leak or performance issue", GetBufferManagerName(), timeoutCount, BufferTimeoutMilliseconds);
106.             }
107.             else if (CamxResultSuccess != result)
108.             {
109.                 // 函数执行期间遇到错误，退出循环
110.                 timeoutCount++;
111.                 CAMX_LOG_ERROR(CamxLogGroupMemMgr, "[%s] Waiting %dx%d ms failed for unknown reason, result=%s",GetBufferManagerName(), timeoutCount,BufferTimeoutMilliseconds,Utils::CamxResultToString(result));
112.                 break;
113.             }
114.         }
116.         // 如果free-list中取到节点了，万事大吉，取其buffer。念念不忘，必有回响！
117.         if (NULL != pNode)
118.         {
119.             pBuffer = static_cast<ImageBuffer*>(pNode->pData);
120.             CAMX_FREE(pNode);
121.             pNode   = NULL;
122.             CAMX_LOG_INFO(CamxLogGroupMemMgr, "[%s] Returning a buffer [%p] from the free list after wait ended",GetBufferManagerName(), pBuffer);
123.         }
125.     }
126.     // 几经波折，如果能取到buffer，会进一步处理
127.     if (NULL != pBuffer)
128.     {
129.         m_pLock->Unlock();
130.         pBuffer->AddImageReference();  // 添加buffer的引用计数
131.         m_pLock->Lock();
132.         pBuffer->SetBusyState(TRUE);   // 我很忙
133.         pBuffer->ClearReferenceHolderData();
134.         pNode = static_cast<LDLLNode*>(CAMX_CALLOC(sizeof(LDLLNode)));
136.         if (NULL != pNode)
137.         {
138.             pNode->pData = pBuffer;
139.             m_busyBufferList.InsertToTail(pNode); // 将节点插入到busy-list的尾部
141.             m_peakBufferHolders = Utils::MaxUINT(m_peakBufferHolders, m_busyBufferList.NumNodes());
142.         }
144.     }
146.     return pBuffer;
147. }

复制代码

2.1.4 ImageBufferManager::AddReference函数实现如下

①查察该buffer是否在free-list中，假如在则将其从free-list中移到busy-list中，并添加该buffer的引用计数；假如不在
②查察该buffer是否在busy-list中，假如在则增长该buffer的引用计数。

1. UINT ImageBufferManager::AddReference(
2. ImageBuffer* pImageBuffer) {
3.     BOOL      doneFlag = FALSE;
4.     UINT      count    = 0;   
5.     LDLLNode* pNode;
6.     // 看看该buffer是不是在free-list中，如果是，则将其从中移除并添加到busy-list中
7.     pNode = m_freeBufferList.Head();
9.     while (NULL != pNode)
10.     {
12.         if (pImageBuffer == static_cast<ImageBuffer*>(pNode->pData))
13.         {
14.             // Add reference to the image buffer
15.             count = pImageBuffer->AddImageReference();
16.             // Move if from free list to busy list
17.             m_freeBufferList.RemoveNode(pNode);
18.             pImageBuffer->SetBusyState(TRUE);
19.             m_busyBufferList.InsertToTail(pNode);
20.             CAMX_LOG_VERBOSE(CamxLogGroupMemMgr, "[%s] Image buffer %p in free list, reference count after adding = %d",GetBufferManagerName(), pImageBuffer, pImageBuffer->GetReferenceCount());
22.             doneFlag = TRUE;
23.             break;
24.         }
25.         pNode = LightweightDoublyLinkedList::NextNode(pNode);
26.     }
27.     // 添加引用的buffer不在freelist中
28.     if (FALSE == doneFlag)
29.     {
30.         pNode = m_busyBufferList.Head();
32.         // Didn't find the image buffer in free list, then search busy list
33.         while (NULL != pNode)
34.         {
35.             // Found the image buffer in busy list
36.             if (pImageBuffer == static_cast<ImageBuffer*>(pNode->pData))
37.             {
38.                 // Add reference to the image buffer
39.                 count = pImageBuffer->AddImageReference();
41.                 CAMX_LOG_VERBOSE(CamxLogGroupMemMgr, "[%s] Image buffer %p in busy list, reference count after adding = %d",GetBufferManagerName(), pImageBuffer, pImageBuffer->GetReferenceCount());
43.                 doneFlag = TRUE;
44.                 break;
45.             }
46.             pNode = LightweightDoublyLinkedList::NextNode(pNode);
47.         }
48.     }
50.     if (FALSE == doneFlag)
51.     {
52.         CAMX_LOG_ERROR(CamxLogGroupMemMgr, "[%s] Add reference to image buffer %p failed.",GetBufferManagerName(), pImageBuffer);
53.     }
54.     m_pLock->Unlock();
55.     return count;
56. }
58. CAMX_INLINE UINT AddImageReference()
59. {
60.     UINT count = CamxAtomicIncU(&m_aReferenceCount); // 引用计数+1
61.     return count; // 返回添加引用计数后的数值
62. }

复制代码

2.1.5 ImageBufferManager::ReleaseReference函数实现如下

①查察该buffer是否在busy-list中；假如在
②查察将该buffer引用计数-1后的引用计数值；假如为0
③将其从busy-list移动到free-list链表中，并发送信号关照那些等候buffer的线程去取buffer（GetImageBuffer中假如取不到buffer，会设置超时等候）

1. UINT ImageBufferManager::ReleaseReference(
2. ImageBuffer* pImageBuffer)
3. {
4.     BOOL doneFlag = FALSE;
5.     UINT count    = 0;
6.     LDLLNode* pNode = m_busyBufferList.Head();
8.     while (NULL != pNode)
9.     {
10.         // Found the image buffer in busy list，
11.         if (pImageBuffer == static_cast<ImageBuffer*>(pNode->pData))
12.         {
13.             if (0 < pImageBuffer->GetReferenceCount())
14.             {
15.                 // count为该buffer引用计数-1后的结果
16.                 count = pImageBuffer->ReleaseImageReference();
17.                 if (0 == count)
18.                 {
19.                     // Move the buffer to the free list
20.                     m_busyBufferList.RemoveNode(pNode);
22.                     if ((TRUE == m_createData.bEnableLateBinding)   &&
23.                         (TRUE == m_createData.allocateBufferMemory) &&
24.                         (TRUE == pImageBuffer->HasBackingBuffer()))
25.                     {
26.                         // If late binding is enabled, release the buffer and just add the holder ImageBuffer object into
27.                         // free list. When this ImageBuffer is acquired, explicit BindBuffer on this ImageBuffer object will be
28.                         // called to allocate or bind the buffer back to this ImageBuffer
29.                         pImageBuffer->Release(FALSE);
30.                     }
32.                     pImageBuffer->SetBusyState(FALSE);// 为即将插入到free-list中的buffer设置状态时传参false，为busy-list时传参true
33.                     m_freeBufferList.InsertToTail(pNode);
35.                     // 发送信号通知等待此buffer的线程，有buffer用了，不用等了
36.                     m_pWaitFreeBuffer->Signal();
37.                 }
38.             }
39.             doneFlag = TRUE;
40.             break;
41.         }
43.         pNode = LightweightDoublyLinkedList::NextNode(pNode);
44.     }
46.     if (FALSE == doneFlag)
47.     {
48.         CAMX_LOG_ERROR(CamxLogGroupMemMgr, "[%s] Didn't find the image buffer %p in busy list.",GetBufferManagerName(), pImageBuffer);
49.     }
50.     return count;
51. }

复制代码

三、Camx MemPoolManager

        在对ImageBufferManager接口举行具体阐明后，对MemPoolMgr中怎样获取ImagerBufferManager所需的ImageBuffer举行了下图的关系阐明。

四、Camx ImageBuffer

         imageBuffer在pipeline中扮演着非常告急的决议，负责图像数据在node之间的流转。在pipeline中node之间的毗连是靠port来链接的，而port的毗连正是通过共享内存（一组imageBuffer）来实现的
        高通Camx架构通过一个 Import 使用，把MemPoolBuffer的bufferInfo，通报给 imagebuffer的bufferInfo。 ImageBuffer 在 pipeline node port口 之间是通过通报这个bufferInfo，把一个node 的outputport 通报给 inputport的。
        以下是简单的ImageBuffer在pipeline内里的流转表示图：

五、Ending

        本博文告急对一些文章中高通内存池架构/ImageBuffer举行拆分举行框架上的梳理，很多具体的各个模块细节可参考以下博文：
        1.ImageBufferManager具体在整个流程中的调用以及ImgeBuffer在pipeline之间的流转：ImageBufferManager先容-CSDN博客
DMABuffer分析_dma buffer-CSDN博客
        2.MemPoolMgr与ImageBufferManager之间更具体的link以及更深条理的涉及明白：DMABuffer分析_dma buffer-CSDN博客
        3.关于ION buffer本质与mmap映射使用更具体的阐明：
Android ION 干系信息查察方法_kernel查察ion-CSDN博客
ION根本概念先容和原理分析_ion buffer-CSDN博客

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