前言

本文參考Carson_Ho的《圖文詳解 Android Binder跨進(jìn)程通信的原理》。

1 什么是Binder双藕？

說(shuō)到Binder，有些人可能會(huì)說(shuō)Binder是Android在解決進(jìn)程通信間通信的技術(shù)遂鹊，是一個(gè)類實(shí)現(xiàn)了Ibinder接口栋艳，是一個(gè)虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)等等，其實(shí)這些說(shuō)法都沒(méi)有錯(cuò)戳气，如果把這些說(shuō)法歸結(jié)起來(lái)可以有以下的定義：

Binder定義.png

可以這樣說(shuō)：站在不同的角度上链患，Binder有不同的定義。

2知識(shí)鋪墊

在Linux中將一個(gè)進(jìn)程空間分為兩部分：用戶空間和內(nèi)核控件瓶您。

用戶空間：用戶空間的數(shù)據(jù)不可以共享
內(nèi)核空間：內(nèi)核空間的數(shù)據(jù)可以共享

那么一個(gè)進(jìn)程中的兩部部分如何進(jìn)行通信呢?其實(shí)是有copy_from_user和copy_to_user來(lái)實(shí)現(xiàn)的麻捻。

copy_from_user:將用戶空間的數(shù)據(jù)拷貝到內(nèi)核空間
copy_to_user:將內(nèi)核空間中的數(shù)據(jù)拷貝到用戶空間

那么Linux中的進(jìn)程間通信的原理可以由下圖來(lái)表示

示意圖.png

這里需要注意的是：所有的進(jìn)程共用一個(gè)內(nèi)核空間

2.1 進(jìn)程隔離和IPC

進(jìn)程隔離：為了保證進(jìn)程的獨(dú)立性&安全性，Android不允許進(jìn)程之間直接相互訪問(wèn)或通信呀袱，保證了了每一個(gè)是相互隔離贸毕，獨(dú)立的。
IPC：進(jìn)程間通信
那么IPC是如何實(shí)現(xiàn)的呢夜赵？

進(jìn)程間通信.png

進(jìn)程間的通信原理如圖所示明棍，
1.發(fā)送進(jìn)程通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用方法copy_from_user將需要傳遞的數(shù)據(jù)拷貝到內(nèi)核空間的緩存區(qū)中。
2.內(nèi)核服務(wù)程序喚醒接收進(jìn)程的接收線程寇僧，通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用(copy_to_user)將內(nèi)核緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)拷貝到接收進(jìn)程的用戶空間摊腋。
3.拷貝完成沸版，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)程間的通信。
這里要說(shuō)明的有以下兩點(diǎn)：
1.進(jìn)程間無(wú)法直接進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互兴蒸，數(shù)據(jù)的交互需要通過(guò)內(nèi)核空間進(jìn)行视粮。
2.Linux的進(jìn)程間通信調(diào)用了兩次數(shù)據(jù)拷貝的系統(tǒng)調(diào)用。
3.接收數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)大小由接收進(jìn)程決定类咧。

缺點(diǎn)：
1.接收進(jìn)程的接收緩沖區(qū)大小不定馒铃。
2.效率低下，單向數(shù)據(jù)通信需要進(jìn)行兩次數(shù)據(jù)拷貝（用戶->內(nèi)核->用戶）

2.2 Binder模型

Android為了解決Linux中進(jìn)程間通信中的缺點(diǎn)痕惋，提出了Binder模型機(jī)制区宇，該模型機(jī)制的原理如下圖所示：

Binder機(jī)制模型.png

Binder模型屬于C/S模式，各部分的說(shuō)明如下:

在Binder模型中的重要角色就是Binder驅(qū)動(dòng)逼裆，它將其余的各個(gè)部分聯(lián)系起來(lái)，形成了Bidner跨進(jìn)程通信模型赦政。那么Binder驅(qū)動(dòng)是如何工作的呢胜宇？

2.2.1 Binder驅(qū)動(dòng)

定義:

Binder驅(qū)動(dòng)示意圖.png

核心原理:

binder驅(qū)動(dòng)核心原理png.png

過(guò)程說(shuō)明：
1創(chuàng)建內(nèi)核空間的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)
2并根據(jù)需要映射的接收進(jìn)程的信息通過(guò)地址映射實(shí)現(xiàn)內(nèi)核緩沖區(qū)和接收進(jìn)程用戶空間地址映射到同一個(gè)接收緩沖區(qū)（這時(shí)只是進(jìn)行接收緩沖區(qū)的創(chuàng)建和完成地址映射，并沒(méi)有進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫操作）
3.發(fā)送進(jìn)程通過(guò)copy_from_user將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)發(fā)送到內(nèi)核緩沖區(qū)中
4由于內(nèi)核緩沖區(qū)和接收進(jìn)程用戶空間地址映射到了同一個(gè)接收緩沖區(qū)恢着，相當(dāng)于將信息發(fā)送到了接收進(jìn)程用戶地址空間桐愉。即實(shí)現(xiàn)了進(jìn)程間通信。

優(yōu)點(diǎn)：
1.傳輸效率高掰派，單項(xiàng)通信數(shù)據(jù)拷貝次數(shù)少（1次）从诲，內(nèi)核空間與用戶空間通過(guò)共享對(duì)象直接交互。
2.為接收進(jìn)程創(chuàng)建了大小不確定的接收緩沖區(qū)靡羡。

2.2.2Binder模型工作過(guò)程說(shuō)明

優(yōu)點(diǎn)：
1.傳輸效率高荆烈，單項(xiàng)通信數(shù)據(jù)拷貝次數(shù)少（1次），內(nèi)核空間與用戶空間通過(guò)共享對(duì)象直接交互。
2.為接收進(jìn)程創(chuàng)建了大小不確定的接收緩沖區(qū)憔购。

2.3額外說(shuō)明:

(1)客戶進(jìn)程宫峦，服務(wù)進(jìn)程，ServiceManager進(jìn)程均屬于用戶空間不能直接相互通信玫鸟。Binder驅(qū)動(dòng)屬于內(nèi)核空間导绷，可以進(jìn)行用戶空間/內(nèi)核空間交互。
(2)Binder和ServiceManager屬于Android基礎(chǔ)架構(gòu)不需要開(kāi)發(fā)者去實(shí)現(xiàn)屎飘，開(kāi)發(fā)者需要關(guān)心的是自定義客戶進(jìn)程和服務(wù)進(jìn)程妥曲，借助基礎(chǔ)架構(gòu)就能實(shí)現(xiàn)跨進(jìn)程通信。
(3)服務(wù)進(jìn)程會(huì)創(chuàng)建多個(gè)線程來(lái)處理Binder請(qǐng)求(默認(rèn)16個(gè))钦购，Binder模型的線程管理 采用Binder驅(qū)動(dòng)的線程池檐盟，并由Binder驅(qū)動(dòng)自身進(jìn)行管理（不是服務(wù)進(jìn)程進(jìn)行管理）

Binder機(jī)制 在Android中的具體實(shí)現(xiàn)原理

Binder機(jī)制在Android中主要依靠Binder類進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，該類實(shí)現(xiàn)了IBinder接口押桃。
實(shí)例說(shuō)明：Client進(jìn)程 需要調(diào)用 Server進(jìn)程的加法函數(shù)（將整數(shù)a和b相加）

Client進(jìn)程提供相加的數(shù)字a和b給服務(wù)進(jìn)程
Server進(jìn)程負(fù)責(zé)將兩個(gè)數(shù)相加并將結(jié)果返回給Client進(jìn)程

1.Server進(jìn)程注冊(cè)服務(wù)
過(guò)程描述
Server進(jìn)程 通過(guò)Binder驅(qū)動(dòng) 向 Service Manager進(jìn)程 注冊(cè)服務(wù)
代碼實(shí)現(xiàn)
Server進(jìn)程 創(chuàng)建 一個(gè) Binder 對(duì)象

該Binder對(duì)象是Server進(jìn)程在Binder驅(qū)動(dòng)中的存在形式
該Binder對(duì)象保存著Server進(jìn)程和ServiceManager的信息（保存在內(nèi)核空間中）
當(dāng)客戶進(jìn)程獲取服務(wù)時(shí)葵萎，通過(guò)該Binder找到對(duì)應(yīng)的服務(wù)進(jìn)程

以下代碼是系統(tǒng)根據(jù)AIDL文件生成的接口代碼：

/*
 * This file is auto-generated.  DO NOT MODIFY.
 * Original file: D:\\code\\BinderServerDemo\\app\\src\\main\\aidl\\com\\zhqy\\binderserverdemo\\AddInterface.aidl
 */
package com.zhqy.binderserverdemo;
// Declare any non-default types here with import statements

public interface AddInterface extends android.os.IInterface {
    /**
     * Local-side IPC implementation stub class.
     */
    public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements com.zhqy.binderserverdemo.AddInterface {
        private static final java.lang.String DESCRIPTOR = "com.zhqy.binderserverdemo.AddInterface";

        /**
         * Construct the stub at attach it to the interface.
         */
        public Stub() {
            this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);
        }

        /**
         * Cast an IBinder object into an com.zhqy.binderserverdemo.AddInterface interface,
         * generating a proxy if needed.
         */
        public static com.zhqy.binderserverdemo.AddInterface asInterface(android.os.IBinder obj) {
            if ((obj == null)) {
                return null;
            }
            android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
            if (((iin != null) && (iin instanceof com.zhqy.binderserverdemo.AddInterface))) {
                return ((com.zhqy.binderserverdemo.AddInterface) iin);
            }
            return new com.zhqy.binderserverdemo.AddInterface.Stub.Proxy(obj);
        }

        @Override
        public android.os.IBinder asBinder() {
            return this;
        }

        @Override
        public boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags) throws android.os.RemoteException {
            switch (code) {
                case INTERFACE_TRANSACTION: {
                    reply.writeString(DESCRIPTOR);
                    return true;
                }
                case TRANSACTION_add: {
                    data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
                    int _arg0;
                    _arg0 = data.readInt();
                    int _arg1;
                    _arg1 = data.readInt();
                    int _result = this.add(_arg0, _arg1);
                    reply.writeNoException();
                    reply.writeInt(_result);
                    return true;
                }
            }
            return super.onTransact(code, data, reply, flags);
        }

        private static class Proxy implements com.zhqy.binderserverdemo.AddInterface {
            private android.os.IBinder mRemote;

            Proxy(android.os.IBinder remote) {
                mRemote = remote;
            }

            @Override
            public android.os.IBinder asBinder() {
                return mRemote;
            }

            public java.lang.String getInterfaceDescriptor() {
                return DESCRIPTOR;
            }

            @Override
            public int add(int a, int b) throws android.os.RemoteException {
                android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
                android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
                int _result;
                try {
                    _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
                    _data.writeInt(a);
                    _data.writeInt(b);
                    mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_add, _data, _reply, 0);
                    _reply.readException();
                    _result = _reply.readInt();
                } finally {
                    _reply.recycle();
                    _data.recycle();
                }
                return _result;
            }
        }

        static final int TRANSACTION_add = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0);
    }

    public int add(int a, int b) throws android.os.RemoteException;
}

下面對(duì)相關(guān)方法進(jìn)行說(shuō)明:
DESCRIPTOR:Binder的唯一標(biāo)識(shí)，一般用類名進(jìn)行標(biāo)識(shí)
asInterface(android.os.IBinder obj)：用于將Binder對(duì)象轉(zhuǎn)換成客戶進(jìn)程需要的AIDL接口類型的對(duì)象唱凯，該方法區(qū)分所在的進(jìn)程羡忘，如果服務(wù)進(jìn)程和客戶進(jìn)程在同一個(gè)進(jìn)程中則返回服務(wù)端Stub對(duì)象本身，否則返回的是服務(wù)進(jìn)程Stub的代理類Stub.proxy對(duì)象磕昼。
asBinder:返回Binder對(duì)象卷雕。
onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags)：這個(gè)方法在運(yùn)行在服務(wù)進(jìn)程的binder線程池中，當(dāng)客戶進(jìn)程發(fā)起獲取服務(wù)時(shí)票从，獲取服務(wù)的請(qǐng)求會(huì)由系統(tǒng)底層封裝后交給此方法執(zhí)行爽蝴。其中code表示調(diào)用的是哪一個(gè)目標(biāo)方法，data為執(zhí)行該方法所需要的參數(shù)(如果有的話),reply為執(zhí)行完該目標(biāo)方法時(shí)纫骑，如果有返回值的話將返回值寫入reply。返回值表示該方法是否調(diào)用成功九孩，如果返回false則客戶進(jìn)程調(diào)用失敗先馆。
注冊(cè)服務(wù)后，Binder驅(qū)動(dòng)持有 Server進(jìn)程創(chuàng)建的Binder實(shí)體躺彬。
proxy#add(int a, int b)：該方法會(huì)在客戶進(jìn)程中調(diào)用煤墙，當(dāng)客戶端獲取服務(wù)時(shí)，首先會(huì)創(chuàng)建輸入行Parcel對(duì)象_data和輸出項(xiàng)_reply和返回值對(duì)象_result宪拥，將遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用（RPC）所需要的參數(shù)寫入_data中仿野，然后執(zhí)行transact方法進(jìn)行遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用(客戶進(jìn)程被掛起)，服務(wù)進(jìn)程執(zhí)行onTransact方法她君，當(dāng)服務(wù)進(jìn)程返回目標(biāo)方法執(zhí)行的結(jié)果后脚作，喚醒客戶進(jìn)程的transact方法，將服務(wù)進(jìn)程返回的執(zhí)行結(jié)果寫入_result，最后返回_result球涛。

2.客戶進(jìn)程獲取服務(wù)
過(guò)程：客戶進(jìn)程在使用服務(wù)進(jìn)程的目標(biāo)方法時(shí)劣针，須通過(guò)Binder驅(qū)動(dòng)從ServiceManager中獲取服務(wù)進(jìn)程信息

此時(shí)服務(wù)進(jìn)程與客戶進(jìn)程建立了聯(lián)系

3.客戶進(jìn)程調(diào)用服務(wù)
當(dāng)客戶進(jìn)程與服務(wù)進(jìn)程建立起聯(lián)系后从祝，客戶進(jìn)程通過(guò)操作服務(wù)進(jìn)程的代理對(duì)象類BinderProxy通過(guò)binder驅(qū)動(dòng)來(lái)執(zhí)行服務(wù)進(jìn)程中的相關(guān)方法

原理圖.png

整個(gè)過(guò)程如下圖所示：

流程圖.png