Android codec2 视频框架之编码输出内存管理

buffer在框架中的流动流程，从buffer的申请、填充数据到binder中传递、转换为应用层数据、从应用层释放。

围绕以下的方面：

• buffer的申请

  • 如何决定是哪个pool以及哪种类型的申请方式

  • pool的创建过程

  • pool中申请buffer、释放buffer的流程

• buffer如何从c2的服务端传递到client端

  • buffer生命周期

• c2服务端的buffer类型转换为MediaCodec应用端的数据

  • 应用端MediaCodecbuffer的申请
  • buffer转换
  • MediaCodecbuffer复用

  pool的创建

  • fetchLinearBlock

    以c2SoftHevcEnc 为例，在取编码数据之前首先通过fetchLinearBlock先从已经创建好的pool中获取buffer。

  C2MemoryUsage usage = {C2MemoryUsage::CPU_READ,
  	   C2MemoryUsage::CPU_WRITE};
  // TODO: error handling, proper usage, etc.
  c2_status_t err =
  	pool->fetchLinearBlock(mOutBufferSize, usage, &mOutBlock);
  if (err == C2_OK) {
     mOutputBlockPool = std::make_shared<BlockingBlockPool>(blockPool);
  }
  

  • GetCodec2BlockPool

    上述的pool 是在simpleC2componet 中获取到并通过process(work, mOutputBlockPool);传递的。simpleC2componet的pool也是通过poolId 从已经创建的pool cache中获取。

  C2BlockPool::local_id_t poolId =
	outputFormat.value == C2BufferData::GRAPHIC
  			? C2BlockPool::BASIC_GRAPHIC
			: C2BlockPool::BASIC_LINEAR;
  if (params.size()) {
  	C2PortBlockPoolsTuning::output *outputPools =
  		C2PortBlockPoolsTuning::output::From(params[0].get());
  	if (outputPools && outputPools->flexCount() >= 1) {
  		poolId = outputPools->m.values[0];
  	}
  }
  std::shared_ptr<C2BlockPool> blockPool;
              err = GetCodec2BlockPool(poolId, shared_from_this(), &blockPool);
  process(work, mOutputBlockPool);

• createBlockPool

  simpleC2componet的poolId 是怎么获取的？总的来说是在CCodecBufferChannel 的start中根据componet组件中定义的参数来决定的（比如编码输出allocateId默认是ION（dmaheap），pool是linear一维类型），poolid在创建好pool后获取得到。得到后通过config 配置到组件中，这样在simplec2compoent就直接获取之前创建好的pool了。

err = mComponent->createBlockPool(
             pools->outputAllocatorId, &pools->outputPoolId, &pools->outputPoolIntf);      
std::unique_ptr<C2PortBlockPoolsTuning::output> poolIdsTuning =
C2PortBlockPoolsTuning::output::AllocUnique({ pools->outputPoolId });

std::vector<std::unique_ptr<C2SettingResult>> failures;
err = mComponent->config({ poolIdsTuning.get() }, C2_MAY_BLOCK, &failures);

• C2PooledBlockPool

  componet的createBlockPool会调用到c2store中的createBlockPool，根据之前决定的allocateId，走到ION的分支
  在这个分支中 首先获取Allocator，并将Allocator传递到C2PooledBlockPool中。C2PooledBlockPool会创建bufferpool管理对象。在这个管理对象中实现对buffer的申请，回收，状态记录等等操作。

c2_status_t CreateCodec2BlockPool(
        C2PlatformAllocatorStore::id_t allocatorId,
        const std::vector<std::shared_ptr<const C2Component>> &components,
        std::shared_ptr<C2BlockPool> *pool) {
    pool->reset();
    return sBlockPoolCache->createBlockPool(allocatorId, components, pool);
}

c2_status_t createBlockPool(
    C2PlatformAllocatorStore::id_t allocatorId,
    std::vector<std::shared_ptr<const C2Component>> components,
    C2BlockPool::local_id_t poolId,
    std::shared_ptr<C2BlockPool> *pool) {
            case C2PlatformAllocatorStore::ION: /* also ::DMABUFHEAP */
                res = allocatorStore->fetchAllocator(
                        C2PlatformAllocatorStore::ION, &allocator);
                if (res == C2_OK) {
                    std::shared_ptr<C2BlockPool> ptr(
                            new C2PooledBlockPool(allocator, poolId), deleter);
                    *pool = ptr;
                    mBlockPools[poolId] = ptr;
                    mComponents[poolId].insert(
                           mComponents[poolId].end(),
                           components.begin(), components.end());
}

pool 中申请内存

代码位置frameworks\av\media\codec2\vndk\C2Buffer.cpp.

从pool创建可知管理在C2PooledBlockPool类当中。C2PooledBlockPool Impl创建时传递两个参数 一个是allocator、一个是bufferPoolMananger。

class C2PooledBlockPool::Impl {
public:
    Impl(const std::shared_ptr<C2Allocator> &allocator)
            : mInit(C2_OK),
              mBufferPoolManager(ClientManager::getInstance()),
              mAllocator(std::make_shared<_C2BufferPoolAllocator>(allocator)) {
        if (mAllocator && mBufferPoolManager) {
            if (mBufferPoolManager->create(
                    mAllocator, &mConnectionId) == ResultStatus::OK) {
                return;
            }
        }
        mInit = C2_NO_INIT;
    }
}

• allocator

  用系统的接口申请dma malloc 或者ion的内存。 在Android12 上面一般为dma的内存。
  在createBlockPool的fetchAllocator获取分配器时创建了一个C2DmaBufAllocator并传递到Impl中。
  这里同样有可能有多个分配的方式 基类是C2Allocator。

  • C2DmaBufAllocator的alloc 调用到system 的libdmabufheap中Alloc进行真正的buffer 申请

    frameworks\av\media\codec2\vndk\C2DmaBufAllocator.cpp
    C2DmaBufAllocation::C2DmaBufAllocation(BufferAllocator& alloc, size_t allocSize, size_t capacity,
                                           C2String heap_name, unsigned flags, C2Allocator::id_t id)
        : C2LinearAllocation(capacity), mHandle(-1, 0) {
        int bufferFd = -1;
        int ret = 0;
    
        bufferFd = alloc.Alloc(heap_name, allocSize, flags);
    }
    
    system\memory\libdmabufheap\BufferAllocator.cpp
    int BufferAllocator::Alloc(const std::string& heap_name, size_t len,
                               unsigned int heap_flags, size_t legacy_align) {
        int fd = DmabufAlloc(heap_name, len);
    
        if (fd < 0)
            fd = IonAlloc(heap_name, len, heap_flags, legacy_align);
    
        return fd;
    }
    

• bufferPoolManager：

  获取ClientManager类。C2PooledBlockPool的操作都是通过调用bufferPoolManager来实现的。mBufferPoolManager 是通过创建
  BufferPoolClient来进行管理的。创建出来的client会存储在mActive.mClients中。

• ClientManager类： 创建Accessor 并将allocator传递的里面。真正申请内存是在Access类当中。

• BufferPoolClient类：创建的时候会传递Accessor 并调用accessor的connect 进行连接
  Access 类： 创建BufferPool 结构体mBufferPool 进行管理， 这边才是真正的pool实现的地方。

• BufferPool: 管理bufferpool的状态信息，管理buffer的申请和轮转。 同时也可以管理不同buffer pool 客户端buffer的转换。

• AccessorImpl：通过bufferId来进行bufferpool的管理。 存储的是bufferId 和 native_handle_t的对应关系。相关的接口

  • allocate: 从pool中free的buffer 取出一个，没有的话进行申请。申请之后将bufferpool 中对应buffer的引用加一。并加入到mUsingBuffers中
  • transfer: To From是记录将buffer 从HIDL 服务端传递到客户端的信息。对于buffer的处理记录transaction的次数。
    首先是TO 然后From 最后result。
  • release 和allocte的操作对应， 是找到bufferID的buffer，然后重新返回到pool。

pool中申请内存：fetchLinearBlock根据前面的层级关系， 这个alloc会一路调用到AccessorImpl中。在AccessorImpl， 会先从mBufferPool中看一下能不能获取到freebuffer 获取不到在创建新的，新的内存从dmabuffer中申请出来 并将新的buffer加入到bufferpool中。

buffer 从service传递到client

• buffer 从服务端到客户端

  从pool中取到一个dmabuffer， 这个buffer将硬件或软件编码后的数据拷贝到这里面。通过copomnet onworkDone传递到client端。传递过程需要进行两次的结构体的转换

• 为什么需要转换

  使用了HIDL，是将服务端的数据结构体传递出来 给到客户端的时候，先要转换为HIDL的结构体。
  然后从HIDL的结构体转换为客户端的。

• 具体如何实现的

  首先在创建compont的时候会注册compont的listener到simpleC2componet。同时clinet也会注册listener到component.

Return<void> ComponentStore::createComponent(
        const hidl_string& name,
        const sp<IComponentListener>& listener,
        const sp<IClientManager>& pool,
        createComponent_cb _hidl_cb) {
        component->initListener(component);
}


void Component::initListener(const sp<Component>& self) {
    std::shared_ptr<C2Component::Listener> c2listener =
            std::make_shared<Listener>(self);
    c2_status_t res = mComponent->setListener_vb(c2listener, C2_DONT_BLOCK);
    if (res != C2_OK) {
        mInit = res;
    }
}


struct Component::Listener : public C2Component::Listener {
    
    virtual void onWorkDone_nb(
            std::weak_ptr<C2Component> /* c2component */,
            std::list<std::unique_ptr<C2Work>> c2workItems) override {
            sp<IComponentListener> listener = mListener.promote();
            
          if (!objcpy(&workBundle, c2workItems, strongComponent ?
                    &strongComponent->mBufferPoolSender : nullptr)) {
                LOG(ERROR) << "Component::Listener::onWorkDone_nb -- "
                           << "received corrupted work items.";
                endTransferBufferQueueBlocks(c2workItems, false, true);
                return;
            }
            Return<void> transStatus = listener->onWorkDone(workBundle);


     }


}

这样simpleC2compont 处理完一帧后会回调到componet 中
componet中调用objcpy将C2Work转换为HIDL的workBundle，转换后回调到clinet中
client 再次将HIDL的workBundle转换为非HIDL的C2Work，返回给ccodecbufferChannel。

struct Codec2Client::Component::HidlListener : public IComponentListener {
    std::weak_ptr<Component> component;
    std::weak_ptr<Listener> base;

    virtual Return<void> onWorkDone(const WorkBundle& workBundle) override {
        std::list<std::unique_ptr<C2Work>> workItems;
        if (!objcpy(&workItems, workBundle)) {
            LOG(DEBUG) << "onWorkDone -- received corrupted WorkBundle.";
            return Void();
        }
        // release input buffers potentially held by the component from queue
        std::shared_ptr<Codec2Client::Component> strongComponent =
                component.lock();
        if (strongComponent) {
            strongComponent->handleOnWorkDone(workItems);
        }
        if (std::shared_ptr<Codec2Client::Listener> listener = base.lock()) {
            listener->onWorkDone(component, workItems);
        } else {
            LOG(DEBUG) << "onWorkDone -- listener died.";
        }
        return Void();
    }
}

C2buffer转换为MediaCodecBuffer

根据前面的信息client的onWorkDone 首先回调到CCodec， CCodec回调到CCodecBufferChannel

• CCodecBufferChannel onWorkDone

  • 根据work的信息进行 一系列的处理， 如输出帧的情况，传递的参数是不是发生了变化等等。
  • 处理完成之后 就要将C2buffer转换为MediaCodecBuffer。转换流程是先push 到一个pending的双向队列，先push到队列尾，然后里面就从队列头取出来。
  • 如果是编码输出的，将这个buffer拷贝到初始化时申请的output->buffers中。（linaer 拷贝c2buffer内容到MediaCodecbuffer、gralloc共享这块内存到MediaCodecbuffer）
  • 转换完成之后从队列中将C2buffer pop出来 并调用C2buffer的析构函数，析构会调用release 将buffer push回pool中

• 应用端MediaCodecbuffer的申请（output->buffers的申请）

  • 当为编码时申请的是linearOutputBuffers。linearOutputBuffers是使用的malloc的方式进行申请的。
    最开始申请的size为constexpr size_t kLinearBufferSize = 1048576;
    申请到的buffer push到mBuffers 进行管理。

output->buffers.reset(new LinearOutputBuffers(mName));

class LinearOutputBuffers : public FlexOutputBuffers {
public:
    LinearOutputBuffers(const char *componentName, const char *name = "1D-Output")
        : FlexOutputBuffers(componentName, name) { }

        if (oStreamFormat.value == C2BufferData::LINEAR) {
            if (buffersBoundToCodec) {
                // WORKAROUND: if we're using early CSD workaround we convert to
                //             array mode, to appease apps assuming the output
                //             buffers to be of the same size.
                output->buffers = output->buffers->toArrayMode(numOutputSlots);
            }
         }
 
std::unique_ptr<OutputBuffersArray> FlexOutputBuffers::toArrayMode(size_t size) {
    std::unique_ptr<OutputBuffersArray> array(new OutputBuffersArray(mComponentName.c_str()));
    array->transferFrom(this);
    std::function<sp<Codec2Buffer>()> alloc = getAlloc();
    array->initialize(mImpl, size, alloc);
    return array;
}

std::function<sp<Codec2Buffer>()> LinearOutputBuffers::getAlloc() {
    return [format = mFormat]{
        // TODO: proper max output size
        return new LocalLinearBuffer(format, new ABuffer(kLinearBufferSize));
    };


ABuffer::ABuffer(size_t capacity)
    : mRangeOffset(0),
      mInt32Data(0),
      mOwnsData(true) {
    mData = malloc(capacity);
    if (mData == NULL) {
        mCapacity = 0;
        mRangeLength = 0;
    } else {
        mCapacity = capacity;
        mRangeLength = capacity;
    }
}

• buffer转换
  是从申请的mBuffer中取出一个可用的MediaCodecbuffer 返回出去。

OutputBuffersArray::registerBuffer

 status_t err = mImpl.grabBuffer(
            index,
            &c2Buffer,
            [buffer](const sp<Codec2Buffer> &clientBuffer) {
                return clientBuffer->canCopy(buffer);
            });

if (!c2Buffer->copy(buffer)) {
    ALOGD("[%s] copy buffer failed", mName);
    return WOULD_BLOCK;
}

status_t BuffersArrayImpl::grabBuffer(
        size_t *index,
        sp<Codec2Buffer> *buffer,
        std::function<bool(const sp<Codec2Buffer> &)> match) {
    // allBuffersDontMatch remains true if all buffers are available but
    // match() returns false for every buffer.
    bool allBuffersDontMatch = true;
    for (size_t i = 0; i < mBuffers.size(); ++i) {
        if (!mBuffers[i].ownedByClient && mBuffers[i].compBuffer.expired()) {
            if (match(mBuffers[i].clientBuffer)) {
                mBuffers[i].ownedByClient = true;
                *buffer = mBuffers[i].clientBuffer;
                (*buffer)->meta()->clear();
                (*buffer)->setRange(0, (*buffer)->capacity());
                *index = i;
                return OK;
            }
        } else {
            allBuffersDontMatch = false;
        }
    }
    return allBuffersDontMatch ? NO_MEMORY : WOULD_BLOCK;
}

• MediaCodec

将这个buffer放到外部的mPortBuffers中，返回给应用。

case kWhatDrainThisBuffer:
{
/* size_t index = */updateBuffers(kPortIndexOutput, msg);
}

• 内存不够的处理

内存不够按照下面的规则进行申请内存的扩展。

constexpr size_t kMaxLinearBufferSize = 7680 * 4320 * 2;

uint32_t size = kLinearBufferSize;
const std::vector<C2ConstLinearBlock> &linear_blocks = c2buffer->data().linearBlocks();
const uint32_t block_size = linear_blocks.front().size();
if (block_size < kMaxLinearBufferSize / 2) {
	size = block_size * 2;
} else {
	size = kMaxLinearBufferSize;
}
mAlloc = [format = mFormat, size] {
return new LocalLinearBuffer(format, new ABuffer(size));
};

• MediaCodec 中buffer 的轮转

编码 默认会申请出4个outputBuffer。 所有从服务端回来的buffer 都会先转换到这四个buffer里面。如果这4个buffer都被占用的话，那么编码的数据会源源不断的缓冲在内部的队列中。

MediaCodec 管理的输入输出buffer 的结构体为

    List<size_t> mAvailPortBuffers[2];
    std::vector<BufferInfo> mPortBuffers[2];

外部dequeueInputBuffer 和 dequeueOutputBuffer的时候 设置为mOwnedByClient为true
当buffer release回来的时候，mOwnedByClient就为false。能够被重新使用。

ssize_t MediaCodec::dequeuePortBuffer(int32_t portIndex) {
    CHECK(portIndex == kPortIndexInput || portIndex == kPortIndexOutput);
    BufferInfo *info = peekNextPortBuffer(portIndex);
    if (!info) {
        return -EAGAIN;
    }
    List<size_t> *availBuffers = &mAvailPortBuffers[portIndex];
    size_t index = *availBuffers->begin();
    CHECK_EQ(info, &mPortBuffers[portIndex][index]);
    availBuffers->erase(availBuffers->begin());
    CHECK(!info->mOwnedByClient);
    {
        Mutex::Autolock al(mBufferLock);
        info->mOwnedByClient = true;
    ｝

编码 输出C2buffer的生命周期

1. 从dmabuf 中申请出来
   在componet 中从c2BufferPool 申请 最后会调用到系统的dmabuf申请出dmabufferHeap。 申请后同时加入到bufferPoolManager进行管理。 是在bufferPoolClient 中进行处理的。

2. componet 中进行buffer的转换
   主要转换budle 和 work 之间的相互转换。 转换过程会通过bufferpoolclinet 进行cache 的存储。
   通过post 和 receive 来操作的。
   post加buffer添加到pool。recerive buffer 从pool中取出来。

3. ccodec ccodecbufferchannel mediacodec

   回到上面的是componet中传递work。 在上层就通过work取出c2buffer。c2buffer 转化为mediacodecbuffer。
   这个过程是拷贝的，拷贝完成之后 c2buffer就释放了。MediaCodecBuffer 是malloc出来的 固定的几个。 拷贝完成 给到外部。 外部在释放会内部。