第一章介绍：ION的框架和buffer的分配；
第二章介绍：如何使用ION buffer；
ION是google在Android4.0 为了解决内存碎片管理而引入的通用内存管理器,用来支持不同的内存分配机制，如CARVOUT(PMEM)，物理连续内存(kmalloc), 虚拟地址连续但物理不连续内存(vmalloc)， IOMMU等
（一）ION 概括
Heap: 用来表示内存分配的相关信息，包括id, type, name等。用struct ion_heap表示。
Client: Ion的使用者，用户空间和内核控件要使用ION的buffer,必须先创建一个client,一个client可以有多个buffer，用struct ion_buffer表示。
Handle: 将buffer该抽象出来，可以认为ION用handle来管理buffer，一般用户直接拿到的是handle,而不是buffer。 用struct ion_handle表示。
下面是整个框架的类图：
说明如下：
在driver初始化过程中会创建ion_device,并提供给用户层ioctrl接口；不同平台根据定义好的platform data heap类型创建heap，同时指定这写heap操作使用的方法接口；不同类型的heap连接成链表，保存在通过plist_head heap；
需要使用heap，先注册client，不同的heap有多个client来使用，连接成链表保存在rb_root client;不同的client跟不同的进程pid绑定；
ion_handle管理实际ion_buffer, 成员id：唯一表示ion_buffer的整型变量，通过内核的idr机制加上这个id就可以在其它进程中访问到这块buffer。而且上层在传下来的struct ion_allocation_data结构体中也只是保存了这个id。
用户空间和内核空间都可以成为client，不过创建的方法稍稍有点区别；
内核空间:先创建client,有了client之后就可以分配内存,有了handle也就是buffer之后就准备使用了，不过还是物理地址，需要map：
用户空间:用户空间如果想使用ION，也必须先要创建client,不过它是打开/dev/ion,实际上它最终也会调用ion_client_create。不过和内核空间创建client的一点区别是，用户空间不能选择heap type（使用预订的heap id隐含heap type），但是内核空间却可以。另外，用户空间是通过IOCTL来分配内存的，cmd为ION_IOC_ALLOC.
ion_fd = open("/dev/ion", O_ RDONLY | O_SYNC);
ioctl(ion_fd, ION_IOC_ALLOC, alloc); 分配好了buffer之后，如果用户空间想使用buffer，先需要mmap. ION是通过先调用IOCTL中的ION_IOC_SHARE/ION_IOC_MAP来得到可以mmap的fd,然后再执行mmap得到buffer address.然后你也可以将此fd传给另一个进程，如通过binder传递。在另一个进程中通过ION_IOC_IMPORT这个IOCTL来得到这块共享buffer了。
（二）ION Device和Heap创建
通过ION device和driver匹配之后走入ion_drv_probe()函数:
kernel-4.4/drivers/staging/android/ion/mtk/ion_drv.c
686 static int ion_drv_probe(struct platform_device *pdev)
//创建ion device，name为ion，并提供应用层操作接口ion_fops；创建调试节点：/sys/kernel/debug/ion
693 g_ion_device = ion_device_create(ion_custom_ioctl);
//ion_custom_ioctl soc自定义的ioctl操作；
698
699 /* create the heaps as specified in the board file */
700 for (i = 0; i < num_heaps; i++) {
701 struct ion_platform_heap *heap_data = &pdata->heaps[i];
702 struct ion_heap *heap;
703
704 if (heap_data->type == ION_HEAP_TYPE_CARVEOUT && heap_data->base == 0) {
705 /* reserve for carveout heap failed */
706 heap_data->size = 0;
707 continue;
708 }
709
710 heap = ion_mtk_heap_create(heap_data);
714
715 ion_device_add_heap(g_ion_device, heap);
716 }这个函数首先创建一个设备ion_device，通过ion_device_create()来创建，传入一个给到用户层面用的ioctl函数：
539 static long _ion_ioctl(struct ion_client *client, unsigned int cmd,
540 unsigned long arg, int from_kernel) {
541 long ret = 0;
542
543 ION_FUNC_ENTER;
544 switch (cmd) {
545 case ION_CMD_SYSTEM:
546 ret = ion_sys_ioctl(client, cmd, arg, from_kernel);
547 break;
548 case ION_CMD_MULTIMEDIA:
549 ret = ion_mm_ioctl(client, cmd, arg, from_kernel);
550 break;
551 }
552 ION_FUNC_LEAVE;
553 return ret;
554 }
处理的ioctrl命令有：
30 enum ION_MM_CMDS {
31 ION_MM_CONFIG_BUFFER,
32 ION_MM_SET_DEBUG_INFO,
33 ION_MM_GET_DEBUG_INFO,
34 ION_MM_SET_SF_BUF_INFO,
35 ION_MM_GET_SF_BUF_INFO,
36 ION_MM_CONFIG_BUFFER_EXT
37 };
38
39 enum ION_SYS_CMDS {
40 ION_SYS_CACHE_SYNC,
41 ION_SYS_GET_PHYS,
42 ION_SYS_GET_CLIENT,
43 ION_SYS_SET_HANDLE_BACKTRACE,
44 ION_SYS_SET_CLIENT_NAME,
45 ION_SYS_DMA_OP,
46 };不同的平台实现这些方式不一样，然后根据ion_platform_data表示平台定义的各种类型的heap数据类型来分配heap，以高通平台是定义在dts里面，mtk平台定义在驱动当中，举例如下：
742 static struct ion_platform_heap ion_drv_platform_heaps[] = {
743 {
744 .type = ION_HEAP_TYPE_SYSTEM_CONTIG,
745 .id = ION_HEAP_TYPE_SYSTEM_CONTIG,
746 .name = "ion_system_contig_heap",
747 .base = 0,
748 .size = 0,
749 .align = 0,
750 .priv = NULL,
751 },
752 {
753 .type = ION_HEAP_TYPE_MULTIMEDIA,
754 .id = ION_HEAP_TYPE_MULTIMEDIA,
755 .name = "ion_mm_heap",
756 .base = 0,
757 .size = 0,
758 .align = 0,
759 .priv = NULL,
760 },
761 {
762 .type = ION_HEAP_TYPE_MULTIMEDIA,
763 .id = ION_HEAP_TYPE_MULTIMEDIA_FOR_CAMERA,
764 .name = "ion_mm_heap_for_camera",
765 .base = 0,
766 .size = 0,
767 .align = 0,
768 .priv = NULL,
769 },根据ion_platform_data定义的heap类型然后接下来分配ion heap结构，不同的heap类型代表不同的分配方式：
37 enum ion_heap_type {
38 ION_HEAP_TYPE_SYSTEM, //通过vmalloc分配内存；
39 ION_HEAP_TYPE_SYSTEM_CONTIG, //通过kmalloc分配内存；
40 ION_HEAP_TYPE_CARVEOUT, //在保留内存块中（reserve memory）分配内存；
41 ION_HEAP_TYPE_CHUNK, //模块；
42 ION_HEAP_TYPE_DMA,
43 ION_HEAP_TYPE_CUSTOM, //由客户自己定义
47 ION_NUM_HEAPS = 16,
48 };
mtk平台又根据heap data存储的数据对象分为：
19 enum mtk_ion_heap_type {
20 ION_HEAP_TYPE_MULTIMEDIA = 10,
21 ION_HEAP_TYPE_FB = 11,
22 ION_HEAP_TYPE_MULTIMEDIA_FOR_CAMERA = 12,
23 ION_HEAP_TYPE_MULTIMEDIA_SEC = 13,
24 ION_HEAP_TYPE_MULTIMEDIA_MAP_MVA = 14,
25 ION_HEAP_TYPE_MULTIMEDIA_PA2MVA = 15,
27 };以ION_HEAP_TYPE_MULTIMEDIA数据类型为例，heap的创建最后通过ion_mm_heap_create()实现：
//不同type的heap需要不同的method去分配，不过都是用struct ion_heap_ops来表示;
537 static struct ion_heap_ops system_heap_ops = {
538 .allocate = ion_mm_heap_allocate,
539 .free = ion_mm_heap_free,
540 .map_dma = ion_mm_heap_map_dma,//map the memory for dma to a scatterlist;
541 .unmap_dma = ion_mm_heap_unmap_dma,
542 .map_kernel = ion_heap_map_kernel,//map memory to the kernel;
543 .unmap_kernel = ion_heap_unmap_kernel,
544 .map_user = ion_heap_map_user,
545 .phys = ion_mm_heap_phys,//get physical address of a buffer;
546 .shrink = ion_mm_heap_shrink,
547 .page_pool_total = ion_mm_heap_pool_total,
548 };
static const unsigned int orders[] = { 1, 0 }; //两个内存池，为别为2^1k和2^0k；
799 struct ion_heap *ion_mm_heap_create(struct ion_platform_heap *unused)
800 {
801 struct ion_system_heap *heap;
802 int i;
803
804 heap = kzalloc(sizeof(*heap), GFP_KERNEL);
805 if (!heap) {
806 IONMSG("%s kzalloc failed heap is null.\n", __func__);
807 return ERR_PTR(-ENOMEM);
808 }
809 heap->heap.ops = &system_heap_ops;
810 heap->heap.type = ION_HEAP_TYPE_MULTIMEDIA;
811 heap->heap.flags = ION_HEAP_FLAG_DEFER_FREE;
812 heap->pools = kcalloc(num_orders, sizeof(struct ion_page_pool *), GFP_KERNEL);
813 if (!heap->pools)
814 goto err_alloc_pools;
815 heap->cached_pools = kcalloc(num_orders, sizeof(struct ion_page_pool *), GFP_KERNEL);
816 if (!heap->cached_pools) {
817 kfree(heap->pools);
818 goto err_alloc_pools;
819 }
820 //创建两种大小类型的pool，后面的alloc就会根据order在这里面分配；
821 for (i = 0; i < num_orders; i++) {
822 struct ion_page_pool *pool;
823 gfp_t gfp_flags = low_order_gfp_flags;
824
825 if (orders[i] > 0)
826 gfp_flags = high_order_gfp_flags;
827
828 if (unused->id == ION_HEAP_TYPE_MULTIMEDIA_FOR_CAMERA)
829 gfp_flags |= __GFP_HIGHMEM | __GFP_MOVABLE;
831 pool = ion_page_pool_create(gfp_flags, orders[i]);//主要初始化这个pool；
832 if (!pool)
833 goto err_create_pool;
834 heap->pools[i] = pool;
835
836 pool = ion_page_pool_create(gfp_flags, orders[i]);
837 if (!pool)
838 goto err_create_pool;
839 heap->cached_pools[i] = pool;
840 }
860 }
169 struct ion_page_pool *ion_page_pool_create(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
170 {
171 struct ion_page_pool *pool = kmalloc(sizeof(struct ion_page_pool),
172 GFP_KERNEL);
173 if (!pool) {
174 IONMSG("%s kmalloc failed pool is null.\n", __func__);
175 return NULL;
176 }
177 pool->high_count = 0;
178 pool->low_count = 0;
179 INIT_LIST_HEAD(&pool->low_items); //每一个pool都包含了高地址和低地址的双向链表；
180 INIT_LIST_HEAD(&pool->high_items);
181 pool->gfp_mask = gfp_mask | __GFP_COMP;
182 pool->order = order;
183 mutex_init(&pool->mutex);
184 plist_node_init(&pool->list, order);
185
186 return pool;
187 }
（三）添加ION client
内核和用户空间都会可以创建ion client，用户空间open ion设备来创建client，MTK封装了一层mt_ion_open(),最终调用ion_client_create()来创建；区别在与用户层创建的name是根据pid：
5693 pIon_client = ion_client_create(g_ion_device, "camera_isp"); kernel-4.4/drivers/staging/android/ion/ion.c：
826 struct ion_client *ion_client_create(struct ion_device *dev,
827 const char *name)
828 {
829 struct ion_client *client;
830 struct task_struct *task;
831 struct rb_node **p;
832 struct rb_node *parent = NULL;
833 struct ion_client *entry;
834 pid_t pid;
835
841 get_task_struct(current->group_leader);
842 task_lock(current->group_leader);
843 pid = task_pid_nr(current->group_leader);
848 if (current->group_leader->flags & PF_KTHREAD) {
849 put_task_struct(current->group_leader);
850 task = NULL;
851 } else {
852 task = current->group_leader;
853 }
854 task_unlock(current->group_leader);
855
856 client = kzalloc(sizeof(struct ion_client), GFP_KERNEL);
857 if (!client)
858 goto err_put_task_struct;
859
860 client->dev = dev;
861 client->handles = RB_ROOT;
862 idr_init(&client->idr);
863 mutex_init(&client->lock);
864 client->task = task;
865 client->pid = pid;
866 client->name = kstrdup(name, GFP_KERNEL);
867 if (!client->name)
868 goto err_free_client;
869
870 down_write(&dev->lock);
871 client->display_serial = ion_get_client_serial(&dev->clients, name);
872 client->display_name = kasprintf(
873 GFP_KERNEL, "%s-%d", name, client->display_serial);
874 if (!client->display_name) {
875 up_write(&dev->lock);
876 goto err_free_client_name;
877 }
//把该clinet放到ion device的红黑树列表里面；
878 p = &dev->clients.rb_node;
879 while (*p) {
880 parent = *p;
881 entry = rb_entry(parent, struct ion_client, node);
882
883 if (client < entry)
884 p = &(*p)->rb_left;
885 else if (client > entry)
886 p = &(*p)->rb_right;
887 }
888 rb_link_node(&client->node, parent, p);
889 rb_insert_color(&client->node, &dev->clients);
890
891 client->debug_root = debugfs_create_file(client->display_name, 0664,
892 dev->clients_debug_root,
893 client, &debug_client_fops);
894 if (!client->debug_root) {
895 char buf[256], *path;
896
897 path = dentry_path(dev->clients_debug_root, buf, 256);
898 pr_err("Failed to create client debugfs at %s/%s\n",
899 path, client->display_name);
900 }
901
902 up_write(&dev->lock);
903
904 return client;
905
914 }