騷年菠劝！用Binder原理徹底征服大廠面試官吧

前言
在上一篇文章中赶诊，我們學習了ServiceManager中的Binder機制舔痪，有一個問題由于篇幅問題沒有講完，那就是MediaPlayerService是如何注冊的夺英。通過了解MediaPlayerService是如何注冊的滋捶，可以得知系統(tǒng)服務的注冊過程重窟。

1.從調用鏈角度說明MediaPlayerService是如何注冊的
我們先來看MediaServer的入口函數(shù)，代碼如下所示扭仁。
frameworks/av/media/mediaserver/main_mediaserver.cpp

int main(int argc __unused, char **argv __unused)
{
    signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
    //獲取ProcessState實例
    sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());
    sp<IServiceManager> sm(defaultServiceManager());
    ALOGI("ServiceManager: %p", sm.get());
    InitializeIcuOrDie();
    //注冊MediaPlayerService
    MediaPlayerService::instantiate();//1
    ResourceManagerService::instantiate();
    registerExtensions();
    //啟動Binder線程池
    ProcessState::self()->startThreadPool();
    //當前線程加入到線程池
    IPCThreadState::self()->joinThreadPool();
}

這段代碼中的很多內容都在上一篇文章介紹過了斋枢，接著分析注釋1處的代碼知给。

frameworks/av/media/libmediaplayerservice/MediaPlayerService.cpp

void MediaPlayerService::instantiate() {
    defaultServiceManager()->addService(
            String16("media.player"), new MediaPlayerService涩赢，());
}

defaultServiceManager返回的是BpServiceManager轩勘，不清楚的看Binder這么弱還跑來面騰訊绊寻？這篇文章。參數(shù)是一個字符串和MediaPlayerService冰蘑，看起來像是Key/Value的形式來完成注冊祠肥，接著看addService函數(shù)梯皿。

frameworks/native/libs/binder/IServiceManager.cpp

 virtual status_t addService(const String16& name, const sp<IBinder>& service,
                                bool allowIsolated, int dumpsysPriority) {
        Parcel data, reply;//數(shù)據包
        data.writeInterfaceToken(IServiceManager::getInterfaceDescriptor());
        data.writeString16(name); //name值為"media.player"
        data.writeStrongBinder(service); //service值為MediaPlayerService
        data.writeInt32(allowIsolated ? 1 : 0);
        data.writeInt32(dumpsysPriority);
        status_t err = remote()->transact(ADD_SERVICE_TRANSACTION, data, &reply);//1
        return err == NO_ERROR ? reply.readExceptionCode() : err;
    }

data是一個數(shù)據包，后面會不斷的將數(shù)據寫入到data中忠烛， 注釋1處的remote()指的是mRemote权逗，也就是BpBinder旬迹。addService函數(shù)的作用就是將請求數(shù)據打包成data，然后傳給BpBinder的transact函數(shù)屹耐，代碼如下所示椿猎。
frameworks/native/libs/binder/BpBinder.cpp

status_t BpBinder::transact(
    uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)
{
    if (mAlive) {
        status_t status = IPCThreadState::self()->transact(
            mHandle, code, data, reply, flags);
        if (status == DEAD_OBJECT) mAlive = 0;
        return status;
    }

    return DEAD_OBJECT;
}

BpBinder將邏輯處理交給IPCThreadState犯眠，先來看IPCThreadState::self()干了什么？
frameworks/native/libs/binder/IPCThreadState.cpp

IPCThreadState* IPCThreadState::self()
{   
    //首次進來gHaveTLS的值為false
    if (gHaveTLS) {
restart:
        const pthread_key_t k = gTLS;//1
        IPCThreadState* st = (IPCThreadState*)pthread_getspecific(k);//2
        if (st) return st;
        return new IPCThreadState;//3
    }
    ...
    pthread_mutex_unlock(&gTLSMutex);
    goto restart;
}

注釋1處的TLS的全稱為Thread local storage，指的是線程本地存儲空間量蕊，在每個線程中都有TLS残炮，并且線程間不共享。注釋2處用于獲取TLS中的內容并賦值給IPCThreadState*指針泉瞻。注釋3處會新建一個IPCThreadState苞冯，這里可以得知IPCThreadState::self()實際上是為了創(chuàng)建IPCThreadState抱完，它的構造函數(shù)如下所示。
frameworks/native/libs/binder/IPCThreadState.cpp

IPCThreadState::IPCThreadState()
    : mProcess(ProcessState::self()),
      mStrictModePolicy(0),
      mLastTransactionBinderFlags(0)
{
    pthread_setspecific(gTLS, this);//1
    clearCaller();
    mIn.setDataCapacity(256);
    mOut.setDataCapacity(256);
}

注釋1處的pthread_setspecific函數(shù)用于設置TLS碉怔，將IPCThreadState::self()獲得的TLS和自身傳進去撮胧。IPCThreadState中還包含mIn、一個mOut锻离，其中mIn用來接收來自Binder驅動的數(shù)據墓怀，mOut用來存儲發(fā)往Binder驅動的數(shù)據傀履，它們默認大小都為256字節(jié)。
知道了IPCThreadState的構造函數(shù)碴犬，再回來查看IPCThreadState的transact函數(shù)梆暮。
frameworks/native/libs/binder/IPCThreadState.cpp

status_t IPCThreadState::transact(int32_t handle,
                                  uint32_t code, const Parcel& data,
                                  Parcel* reply, uint32_t flags)
{
    status_t err;

    flags |= TF_ACCEPT_FDS;
    ...
    err = writeTransactionData(BC_TRANSACTION, flags, handle, code, data, NULL);//1

    if (err != NO_ERROR) {
        if (reply) reply->setError(err);
        return (mLastError = err);
    }

    if ((flags & TF_ONE_WAY) == 0) {
       ...
        if (reply) {
            err = waitForResponse(reply);//2
        } else {
            Parcel fakeReply;
            err = waitForResponse(&fakeReply);
        }
       ...
    } else {
       //不需要等待reply的分支
        err = waitForResponse(NULL, NULL);
    }

    return err;
}

調用BpBinder的transact函數(shù)實際上就是調用IPCThreadState的transact函數(shù)服协。注釋1處的writeTransactionData函數(shù)用于傳輸數(shù)據，其中第一個參數(shù)BC_TRANSACTION代表向Binder驅動發(fā)送命令協(xié)議啦粹，向Binder設備發(fā)送的命令協(xié)議都以BC_開頭偿荷，而Binder驅動返回的命令協(xié)議以BR_開頭。這個命令協(xié)議我們先記住卖陵，后面會再次提到他遭顶。

現(xiàn)在分別來分析注釋1的writeTransactionData函數(shù)和注釋2處的waitForResponse函數(shù)。

1.1 writeTransactionData函數(shù)分析
frameworks/native/libs/binder/IPCThreadState.cpp

status_t IPCThreadState::writeTransactionData(int32_t cmd, uint32_t binderFlags,
    int32_t handle, uint32_t code, const Parcel& data, status_t* statusBuffer)
{
    binder_transaction_data tr;//1

    tr.target.ptr = 0; 
    tr.target.handle = handle;//2 
    tr.code = code;  //code=ADD_SERVICE_TRANSACTION
    tr.flags = binderFlags;
    tr.cookie = 0;
    tr.sender_pid = 0;
    tr.sender_euid = 0;

    const status_t err = data.errorCheck();//3
    if (err == NO_ERROR) {
        tr.data_size = data.ipcDataSize();
        tr.data.ptr.buffer = data.ipcData();
        tr.offsets_size = data.ipcObjectsCount()*sizeof(binder_size_t);
        tr.data.ptr.offsets = data.ipcObjects();
    } else if (statusBuffer) {
        tr.flags |= TF_STATUS_CODE;
        *statusBuffer = err;
        tr.data_size = sizeof(status_t);
        tr.data.ptr.buffer = reinterpret_cast<uintptr_t>(statusBuffer);
        tr.offsets_size = 0;
        tr.data.ptr.offsets = 0;
    } else {
        return (mLastError = err);
    }

    mOut.writeInt32(cmd);  //cmd=BC_TRANSACTION
    mOut.write(&tr, sizeof(tr));

    return NO_ERROR;
}

注釋1處的binder_transaction_data結構體(tr結構體）是向Binder驅動通信的數(shù)據結構泪蔫，注釋2處將handle傳遞給target的handle，用于標識目標撩荣，這里的handle的值為0，代表了ServiceManager饶深。
注釋3處對數(shù)據data進行錯誤檢查餐曹，如果沒有錯誤就將數(shù)據賦值給對應的tr結構體。最后會將BC_TRANSACTION和tr結構體寫入到mOut中敌厘。
上面代碼調用鏈的時序圖如下所示台猴。


1.2 waitForResponse函數(shù)分析
接著回過頭來查看waitForResponse函數(shù)做了什么，waitForResponse函數(shù)中的case語句很多，這里截取部分代碼饱狂。
frameworks/native/libs/binder/IPCThreadState.cpp

status_t IPCThreadState::waitForResponse(Parcel *reply, status_t *acquireResult)
{
    uint32_t cmd;
    int32_t err;
    while (1) {
        if ((err=talkWithDriver()) < NO_ERROR) break;//1
        err = mIn.errorCheck();
        if (err < NO_ERROR) break;
        if (mIn.dataAvail() == 0) continue;
        cmd = (uint32_t)mIn.readInt32();
        IF_LOG_COMMANDS() {
            alog << "Processing waitForResponse Command: "
                << getReturnString(cmd) << endl;
        }
        switch (cmd) {
        case BR_TRANSACTION_COMPLETE:
            if (!reply && !acquireResult) goto finish;
            break;

        case BR_DEAD_REPLY:
            err = DEAD_OBJECT;
            goto finish;
       ...
        default:
            //處理各種命令協(xié)議
            err = executeCommand(cmd);
            if (err != NO_ERROR) goto finish;
            break;
        }
}
finish:
    ...
    return err;
}

注釋1處的talkWithDriver函數(shù)的內部通過ioctl與Binder驅動進行通信曹步，代碼如下所示。
frameworks/native/libs/binder/IPCThreadState.cpp

status_t IPCThreadState::talkWithDriver(bool doReceive)
{
    if (mProcess->mDriverFD <= 0) {
        return -EBADF;
    }
    //和Binder驅動通信的結構體
    binder_write_read bwr; //1
    //mIn是否有可讀的數(shù)據休讳，接收的數(shù)據存儲在mIn
    const bool needRead = mIn.dataPosition() >= mIn.dataSize();
    const size_t outAvail = (!doReceive || needRead) ? mOut.dataSize() : 0;
    bwr.write_size = outAvail;
    bwr.write_buffer = (uintptr_t)mOut.data();//2
    //這時doReceive的值為true
    if (doReceive && needRead) {
        bwr.read_size = mIn.dataCapacity();
        bwr.read_buffer = (uintptr_t)mIn.data();//3
    } else {
        bwr.read_size = 0;
        bwr.read_buffer = 0;
    }
   ...
    if ((bwr.write_size == 0) && (bwr.read_size == 0)) return NO_ERROR;
    bwr.write_consumed = 0;
    bwr.read_consumed = 0;
    status_t err;
    do {
        IF_LOG_COMMANDS() {
            alog << "About to read/write, write size = " << mOut.dataSize() << endl;
        }
#if defined(__ANDROID__)
        if (ioctl(mProcess->mDriverFD, BINDER_WRITE_READ, &bwr) >= 0)//4
            err = NO_ERROR;
        else
            err = -errno;
#else
        err = INVALID_OPERATION;
#endif
     ...
    } while (err == -EINTR);
    ...
    return err;
}

注釋1處的 binder_write_read是和Binder驅動通信的結構體讲婚，在注釋2和3處將mOut、mIn賦值給binder_write_read的相應字段俊柔，最終通過注釋4處的ioctl函數(shù)和Binder驅動進行通信筹麸，這一部分涉及到Driver Binder的內容
了，就不再詳細介紹了雏婶。

1.3 小節(jié)
從調用鏈的角度來看物赶，MediaPlayerService是如何注冊的貌似并不復雜，因為這里只是簡單的介紹了一個調用鏈分支酵紫，可以簡單的總結為以下幾個步驟：

addService函數(shù)將數(shù)據打包發(fā)送給BpBinder來進行處理。

BpBinder新建一個IPCThreadState對象，并將通信的任務交給IPCThreadState泽示。

IPCThreadState的writeTransactionData函數(shù)用于將命令協(xié)議和數(shù)據寫入到mOut中。

IPCThreadState的waitForResponse函數(shù)主要做了兩件事，一件事是通過ioctl函數(shù)操作mOut和mIn來與Binder驅動進行數(shù)據交互赤赊，另一件事是處理各種命令協(xié)議抛计。

2.從進程角度說明MediaPlayerService是如何注冊的
實際上MediaPlayerService的注冊還涉及到了進程，如下圖所示晨逝。

從圖中看出是以C/S架構為基礎阀趴，addService是在MediaPlayerService進行的棚菊，它是Client端，用于請求添加系統(tǒng)服務。而Server端則是指的是ServiceManager像屋，用于完成系統(tǒng)服務的添加戈轿。
Client端和Server端分別運行在兩個進程中思杯，通過向Binder來進行通信色乾。更詳細點描述攘须，就是兩端通過向Binder驅動發(fā)送命令協(xié)議來完成系統(tǒng)服務的添加浮驳。這其中命令協(xié)議非常多，過程也比較復雜，這里對命令協(xié)議進行了簡化术陶，只涉及到了四個命令協(xié)議煤痕，其中
BC_TRANSACTION和BR_TRANSACTION過程是一個完整的事務梧宫，BC_REPLY和BR_REPLY是一個完整的事務。
Client端和Server端向Binder驅動發(fā)送命令協(xié)議以BC開頭摆碉，而Binder驅動向Client端和Server端返回的命令協(xié)議以BR_開頭塘匣。

步驟如下所示：
1.Client端向Binder驅動發(fā)送BC_TRANSACTION命令。
2.Binder驅動接收到請求后生成BR_TRANSACTION命令巷帝，喚醒Server端后將BR_TRANSACTION命令發(fā)送給ServiceManager忌卤。
3.Server端中的服務注冊完成后，生成BC_REPLY命令發(fā)送給Binder驅動锅睛。
4.Binder驅動生成BR_REPLY命令埠巨，喚醒Client端后將BR_REPLY命令發(fā)送個Client端。

通過這些協(xié)議命令來驅動并完成系統(tǒng)服務的注冊现拒。

3.總結
本文分別從調用鏈角度和進程角度來講解MediaPlayerService是如何注冊的辣垒，間接的得出了服務是如何注冊的
。這兩個角度都比較復雜印蔬，因此這里分別對這兩個角度做了簡化勋桶，作為應用開發(fā)，我們不需要注重太多的過程和細節(jié)侥猬，只需要了解大概的步驟即可例驹。

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