概述
由于Android是基于Linux內(nèi)核的操作系統(tǒng)局劲，所以在了解Binder級(jí)之前需要先了解一些關(guān)于Linux的知識(shí)，進(jìn)程隔離以及虛擬地址：
進(jìn)程隔離
進(jìn)程隔離是為保護(hù)操作系統(tǒng)中進(jìn)程互不干擾而設(shè)計(jì)的一組不同硬件和軟件的技術(shù)。這個(gè)技術(shù)是為了避免進(jìn)程A寫(xiě)入進(jìn)程B的情況發(fā)生刨啸。 進(jìn)程的隔離實(shí)現(xiàn)，使用了虛擬地址空間。
虛擬地址
虛擬地址是對(duì)整個(gè)內(nèi)存的抽像描述羽圃。它是相對(duì)于物理內(nèi)存來(lái)講的，可以直接理解成“不真實(shí)的”抖剿，“假的”內(nèi)存朽寞，例如识窿，一個(gè)0x08000000內(nèi)存地址，它并不對(duì)就物理地址上那個(gè)大數(shù)組中0x08000000 - 1那個(gè)地址元素脑融；之所以是這樣喻频，是因?yàn)楝F(xiàn)代操作系統(tǒng)都提供了一種內(nèi)存管理的抽像，即虛擬內(nèi)存（virtual memory）肘迎。進(jìn)程使用虛擬內(nèi)存中的地址甥温，由操作系統(tǒng)協(xié)助相關(guān)硬件，把它“轉(zhuǎn)換”成真正的物理地址妓布。
正文
由于Linux的進(jìn)程隔離姻蚓，所以導(dǎo)致了進(jìn)程間不能直接進(jìn)行通信，那么Linux有沒(méi)有其它的通信方式呢秋茫，如果有的話史简，為什么要使用Binder作為IPC的通信方式？帶著這些疑問(wèn)肛著，來(lái)對(duì)Binder機(jī)制進(jìn)行一步一步的分析圆兵。
IPC原理
Client進(jìn)程向Server進(jìn)程通信，是利用進(jìn)程間可共享的內(nèi)核內(nèi)存空間來(lái)完成底層通信工作的枢贿，Client端與Server端進(jìn)程往往采用ioctl等方法跟內(nèi)核空間的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行交互殉农。
IPC種類(lèi)
- 1.管道(Pipe)：管道可用于具有親緣關(guān)系進(jìn)程間的通信，有名管道克服了管道沒(méi)有名字的限制局荚，因此超凳，除具有管道所具有的功能外，它還允許無(wú)親緣關(guān)系進(jìn)程間的通信耀态；
- 2.信號(hào)（Signal）：信號(hào)是比較復(fù)雜的通信方式轮傍，用于通知接受進(jìn)程有某種事件發(fā)生，除了用于進(jìn)程間通信外首装，進(jìn)程還可以發(fā)送信號(hào)給進(jìn)程本身
- 3.（Message）隊(duì)列（消息隊(duì)列）：消息隊(duì)列是消息的鏈接表创夜，包括Posix消息隊(duì)- 列system V消息隊(duì)列。有足夠權(quán)限的進(jìn)程可以向隊(duì)列中添加消息仙逻，被賦予讀權(quán)限的進(jìn)程則可以讀走隊(duì)列中的消息驰吓。消息隊(duì)列克服了信號(hào)承載信息量少，管道只能承載無(wú)格式字節(jié)流以及緩沖區(qū)大小受限等缺點(diǎn)系奉。
- 4.共享內(nèi)存：使得多個(gè)進(jìn)程可以訪問(wèn)同一塊內(nèi)存空間檬贰，是最快的可用IPC形式。是針對(duì)其他通信機(jī)制運(yùn)行效率較低而設(shè)計(jì)的缺亮。往往與其它通信機(jī)制翁涤，如信號(hào)量結(jié)合使用，來(lái)達(dá)到進(jìn)程間的同步及互斥。
- 5.套接字（Socket）：更為一般的進(jìn)程間通信機(jī)制迷雪，可用于不同機(jī)器之間的進(jìn)程間通信限书。
Binder原理
雖然虫蝶，Linux進(jìn)程間通信有很多種方式章咧，但是Android并沒(méi)有采用以上幾種，而是使用了Binder機(jī)制能真，在分析原因前赁严，還是先看看什么是Binder機(jī)制以及Binder機(jī)制的特點(diǎn)：
- 1.直觀來(lái)說(shuō)，Binder是Android中的一個(gè)類(lèi)粉铐，它繼承了IBinder接口
- 2.從IPC角度來(lái)說(shuō)疼约，Binder是Android中的一種跨進(jìn)程通信方式，Binder還可以理解為一種虛擬的物理設(shè)備蝙泼，它的設(shè)備驅(qū)動(dòng)是/dev/binder程剥，該通信方式在linux中沒(méi)有
- 3.從Android Framework角度來(lái)說(shuō)，Binder是ServiceManager連接各種Manager（ActivityManager汤踏、WindowManager织鲸，etc）和相應(yīng)ManagerService的橋梁
- 4.從Android應(yīng)用層來(lái)說(shuō)，Binder是客戶端和服務(wù)端進(jìn)行通信的媒介溪胶，當(dāng)你bindService的時(shí)候搂擦，服務(wù)端會(huì)返回一個(gè)包含了服務(wù)端業(yè)務(wù)調(diào)用的Binder對(duì)象，通過(guò)這個(gè)Binder對(duì)象哗脖，客戶端就可以獲取服務(wù)端提供的服務(wù)或者數(shù)據(jù)瀑踢，這里的服務(wù)包括普通服務(wù)和基于AIDL的服務(wù)
Binder從字面意思來(lái)看是黏合劑，黏結(jié)劑的意思才避，那么它的作用必然是把什么東西連接在一起呢橱夭，在Android系統(tǒng)的Binder機(jī)制中，由一系統(tǒng)組件組成桑逝，分別是Client棘劣、Server、Service Manager和Binder驅(qū)動(dòng)程序肢娘，其中Client呈础、Server和Service Manager運(yùn)行在用戶空間，Binder驅(qū)動(dòng)程序運(yùn)行內(nèi)核空間橱健。Binder就是一種把這四個(gè)組件粘合在一起的粘結(jié)劑了而钞，其中，核心組件便是Binder驅(qū)動(dòng)程序了拘荡，Service Manager提供了輔助管理的功能臼节，Client和Server正是在Binder驅(qū)動(dòng)和Service Manager提供的基礎(chǔ)設(shè)施上，進(jìn)行Client-Server之間的通信。Service Manager和Binder驅(qū)動(dòng)已經(jīng)在Android平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)好网缝，開(kāi)發(fā)者只要按照規(guī)范實(shí)現(xiàn)自己的Client和Server組件就可以了巨税。
Binder架構(gòu)
- Java應(yīng)用層: 對(duì)于上層應(yīng)用通過(guò)調(diào)用AMP.startService, 完全可以不用關(guān)心底層,經(jīng)過(guò)層層調(diào)用,最終必然會(huì)調(diào)用到AMS.startService.
- Java IPC層: Binder通信是采用C/S架構(gòu), Android系統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)便已設(shè)計(jì)好Binder在Java framework層的Binder客戶類(lèi)BinderProxy和服務(wù)類(lèi)Binder;
- Native IPC層: 對(duì)于Native層,如果需要直接使用Binder(比如media相關(guān)), 則可以直接使用BpBinder和BBinder(當(dāng)然這里還有JavaBBinder)即可, 對(duì)于上一層Java IPC的通信也是基于這個(gè)層面.
- Kernel物理層: 這里是Binder Driver, 前面3層都跑在用戶空間,對(duì)于用戶空間的內(nèi)存資源是不共享的,每個(gè)Android的進(jìn)程只能運(yùn)行在自己進(jìn)程所擁有的虛擬地址空間, 而內(nèi)核空間卻是可共享的. 真正通信的核心環(huán)節(jié)還是在Binder Driver.
Binder通信流程
- Server在ServiceManager中注冊(cè)。
-Client想要調(diào)用Server的getName方法粉臊，就需要先獲取Server對(duì)象草添， 但是SM不會(huì)把真正的Server對(duì)象返回給Client，而是把Server的一個(gè)代理對(duì)象返回給Client扼仲，也就是Proxy远寸。 - 然后，Client調(diào)用Proxy的getName方法屠凶，SM會(huì)幫他去調(diào)用Server的getName方法驰后，并把結(jié)果返回給Client。
IPC方式對(duì)比
雖然Android已經(jīng)有很多的IPC方式了矗愧，但是Android依然采用Binder來(lái)進(jìn)行線程間通信灶芝，主要是從性能和安全性以及穩(wěn)定性的角度來(lái)考慮的。
- 管道：在創(chuàng)建時(shí)分配一個(gè)page大小的內(nèi)存唉韭，緩存區(qū)大小比較有限夜涕；
- 消息隊(duì)列：信息復(fù)制兩次，額外的CPU消耗纽哥；不合適頻繁或信息量大的通信钠乏；
- 共享內(nèi)存：無(wú)須復(fù)制，共享緩沖區(qū)直接付附加到進(jìn)程虛擬地址空間春塌，速度快晓避；但進(jìn)程間的同步問(wèn)題操作系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，必須各進(jìn)程利用同步工具解決只壳；
- 套接字：作為更通用的接口俏拱，傳輸效率低，主要用于不通機(jī)器或跨網(wǎng)絡(luò)的通信吼句；
- 信號(hào)量：常作為一種鎖機(jī)制锅必，防止某進(jìn)程正在訪問(wèn)共享資源時(shí)，其他進(jìn)程也訪問(wèn)該資源惕艳。因此搞隐，主要作為進(jìn)程間以及同一進(jìn)程內(nèi)不同線程之間的同步手段。
- 信號(hào): 不適用于信息交換远搪，更適用于進(jìn)程中斷控制劣纲，比如非法內(nèi)存訪問(wèn)，殺死某個(gè)進(jìn)程等谁鳍；
Android之所以采用Binder機(jī)制來(lái)進(jìn)行通信癞季，主要是基于性能劫瞳，安全以及穩(wěn)定性來(lái)考慮，Binder基于 Client-Server通信模式绷柒，傳輸過(guò)程只需一次拷貝志于，為發(fā)送發(fā)添加UID/PID身份，既支持實(shí)名Binder也支持匿名Binder废睦，安全性高;
參考資料
http://gityuan.com/2015/10/31/binder-prepare/
https://segmentfault.com/a/1190000007997113
