移步系列Android跨進(jìn)程通信IPC系列

1 Android整體架構(gòu)

Android系統(tǒng)架構(gòu)及系統(tǒng)源碼目錄

• Android系統(tǒng)架構(gòu)分為五層曼月，從上到下依次是應(yīng)用層惠奸、應(yīng)用框架層、系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層蝗茁、硬件抽象層和Linux內(nèi)核層。
• 應(yīng)用層：系統(tǒng)內(nèi)置的應(yīng)用程序以及非系統(tǒng)級(jí)的應(yīng)用程序都是屬于應(yīng)用層。
• 應(yīng)用框架層（Java Framework)：應(yīng)用框架層為開(kāi)發(fā)人員提供了可以開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序所需要的API都弹，各種Manager（Activity Manager(活動(dòng)管理器)，Package Manager(包管理器)匙姜，Telephony Manager(電話管理器)畅厢，View System（視圖系統(tǒng)，構(gòu)建應(yīng)用程序的基本組件）氮昧，Content Providers（內(nèi)容提供器））
• 系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層（Native)：系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層分為兩部分框杜，分別是C/C++程序庫(kù)和Android運(yùn)行時(shí)庫(kù)浦楣。C/C++程序庫(kù)：SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)，SSL咪辱，OpenGL ES（3D繪圖函數(shù)庫(kù)）...振劳。Android運(yùn)行時(shí)庫(kù)：ART(5.0系統(tǒng)之后，Dalvik虛擬機(jī)被ART取代)油狂，核心庫(kù)（Java語(yǔ)言核心庫(kù)）
• 硬件抽象層（HAL)：其目的在于將硬件抽象化历恐，提供可供"系統(tǒng)服務(wù)層"調(diào)用的統(tǒng)一硬件接口。相機(jī)专筷，藍(lán)牙弱贼，Audio
• Linux內(nèi)核層：Linux內(nèi)核和各類硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，這里需要注意的是磷蛹，Binder IPC驅(qū)動(dòng)也是這一層的實(shí)現(xiàn)

每一個(gè)系統(tǒng)服務(wù)在應(yīng)用框架層都有一個(gè)Manager與之對(duì)應(yīng)

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2 IPC原理

從進(jìn)程的角度來(lái)看IPC機(jī)制

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• 每個(gè)Android進(jìn)程哮洽，只能運(yùn)行在自己的進(jìn)程所擁有的虛擬地址空間，如果是32位的系統(tǒng)弦聂，對(duì)應(yīng)一個(gè)4GB的虛擬地址空間鸟辅，其中3GB是用戶空，1GB是內(nèi)核空間莺葫，而內(nèi)核空間的大小是可以通過(guò)參數(shù)配置的匪凉。
• 對(duì)于用戶空間，不同進(jìn)程之間彼此是不能共享的捺檬，而內(nèi)核空間確實(shí)可以共享的再层。
• Client進(jìn)程與Server進(jìn)程通信，恰恰是利用進(jìn)程間可共享的內(nèi)核內(nèi)空間來(lái)完成底層通信工作的堡纬，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)行聂受。

3 Binder綜述

3.1 Binder簡(jiǎn)介

3.1.1 Binder的由來(lái)

• Binder是Android平臺(tái)上的一種跨進(jìn)程通信技術(shù)。
• 最早并不是谷歌公司提出的烤镐，它前身是Be Inc公司開(kāi)發(fā)的OpenBinder蛋济，而且在Palm中也有應(yīng)用
• 后來(lái)OpenBinder的作者Dianne Hackborn加入了谷歌公司，并負(fù)責(zé)Android平臺(tái)開(kāi)發(fā)的工作炮叶，所以把這項(xiàng)技術(shù)也帶進(jìn)了Android碗旅。

3.1.2 什么是Binder

• 1. 從來(lái)類的角度來(lái)說(shuō)，Binder就是Android的一個(gè)類镜悉，它繼承了IBinder接口
• 2. 從IPC的角度來(lái)說(shuō)祟辟，Binder是Android中的一個(gè)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)備侣肄，它的設(shè)備驅(qū)動(dòng)是/dev/binder旧困，該通信方式在Linux中沒(méi)有(由于耦合性太強(qiáng)，而Linux沒(méi)有接納)
• 3. 從Android Framework角度來(lái)說(shuō)，Binder是ServiceManager連接各種Manager(ActivityManager吼具、WindowManager等)和相應(yīng)的ManagerService的橋梁
• 4 從Android應(yīng)用層的角度來(lái)說(shuō)被芳，Binder是客戶端和服務(wù)端進(jìn)行通信的媒介，當(dāng)你bindService的時(shí)候馍悟，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)象畔濒，通過(guò)這個(gè)Binder對(duì)象，客戶端就可以獲取服務(wù)端提供的服務(wù)或者數(shù)據(jù)锣咒，這里的服務(wù)包括普通服務(wù)和基于AIDL的服務(wù)侵状。

3.1.3 Binder機(jī)制的意義

• Binder機(jī)制具有兩層含義：

• 1 是一種跨進(jìn)程通信的方式(IPC)
• 2 是一種遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用方式(PRC)

而從實(shí)現(xiàn)的角度來(lái)說(shuō)，Binder核心被實(shí)現(xiàn)成一個(gè)Linux驅(qū)動(dòng)程序毅整，并運(yùn)行于內(nèi)核態(tài)趣兄。這樣它才能具有強(qiáng)大的跨進(jìn)程訪問(wèn)能力。

3.1.4 和傳統(tǒng)IPC機(jī)制相比悼嫉，谷歌為什么采用Binder

• 雖然Android繼承Linux內(nèi)核艇潭，但是Linux與Android通信機(jī)制是不同的。
• Android中有大量的C/S(Client/Server)應(yīng)用方式戏蔑，這就要求Android內(nèi)部提供IPC方法蹋凝，而如果采用Linux所支持的進(jìn)程通信方式有兩個(gè)問(wèn)題：性能和安全性。
  Android跨進(jìn)程通信IPC系列

• 性能：目前Linux支持的IPC包括傳統(tǒng)的管道总棵，System V IPC(包括消息隊(duì)列/共享內(nèi)存/信號(hào)量)以及socket鳍寂，但是只有socket支持Client/Server的通信方式，由于socket是一套通用當(dāng)初網(wǎng)絡(luò)通信方式情龄，其效率低下迄汛，且消耗比較大(socket建立連接過(guò)程和中斷連接過(guò)程都有一定的開(kāi)銷(xiāo))，明顯在手機(jī)上不適合大面積使用socket骤视。而消息隊(duì)列和管道采用"存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)" 方式鞍爱，即數(shù)據(jù)先從發(fā)送方緩存區(qū)拷貝到內(nèi)核開(kāi)辟的緩存區(qū)中，然后再?gòu)膬?nèi)核緩存中拷貝到接收方緩存中专酗，至少有兩次拷貝過(guò)程睹逃。共享內(nèi)存雖然無(wú)需拷貝，但控制復(fù)雜笼裳，難以使用唯卖。
• 安全性：在安全性方面粱玲，Android作為一個(gè)開(kāi)放式躬柬，擁有眾多開(kāi)發(fā)者的平臺(tái)，應(yīng)用程序的來(lái)源廣泛抽减，確保智能終端的安全是非常重要的允青。終端用戶不希望從網(wǎng)上下載的程序在不知情的情況下偷窺隱私數(shù)據(jù)，連接無(wú)線網(wǎng)絡(luò)卵沉，長(zhǎng)期操作底層設(shè)備導(dǎo)致電池很快耗盡的情況颠锉。傳統(tǒng)IPC沒(méi)有任何安全措施法牲，完全依賴上層協(xié)議來(lái)去報(bào)。首先傳統(tǒng)IPC的接受方無(wú)法獲取對(duì)方進(jìn)程可靠的UID/PID(用戶ID/進(jìn)程ID)琼掠，從而無(wú)法鑒別對(duì)方身份拒垃。Android為每個(gè)安裝好的應(yīng)用程序分配了自己的UID，故進(jìn)程的UID是鑒別進(jìn)程的身份的重要標(biāo)志瓷蛙。使用傳統(tǒng)IPC只能由用戶在數(shù)據(jù)包里填入U(xiǎn)ID/PID悼瓮，但這樣不可靠，容易被惡意程序利用艰猬『岜ぃ可靠的身份標(biāo)記只由IPC機(jī)制本身在內(nèi)核中添加。其次傳統(tǒng)IPC訪問(wèn)接入點(diǎn)是開(kāi)放的冠桃，無(wú)法建立私有通道命贴。比如命名管道、system V的鍵值食听，socket的ip地址或者文件名都是開(kāi)放的胸蛛，只要知道這些接入點(diǎn)的程序都可以對(duì)端建立連接，不管怎樣都無(wú)法阻止惡意程序通過(guò)接收方地址獲得連接樱报。

• 基于以上原因胚泌，Android需要建立一套新的IPC機(jī)制來(lái)滿足系統(tǒng)對(duì)通信方式，傳輸性能和安全性的要求肃弟，所以就有了Binder玷室。

• Binder基于Client/Server通信模式，傳輸過(guò)程只需要一次拷貝笤受，為發(fā)送發(fā)添加UID/PID身份穷缤，即支持實(shí)名Binder也支持匿名Binder，安全性高箩兽。

• Binder通信過(guò)程示例

  
  
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• 通信雙方必須要處理線程同步津肛，內(nèi)存管理等問(wèn)題，工作量大汗贫，而且問(wèn)題多身坐，

• 介紹的傳統(tǒng)IPC 命名管道(FIFO) 信號(hào)量(semaphore) 消息隊(duì)列已經(jīng)從Android中去掉了，同其他IPC相比落包，Socket是一種比較成熟的通信手段了部蛇，同步控制也很容易實(shí)現(xiàn)。Socket用于網(wǎng)絡(luò)通信非常合適咐蝇，但是用于進(jìn)程間通信就效率很低涯鲁。

• Android在架構(gòu)上一直希望模糊進(jìn)程的概念，取而代之以組件的概念。應(yīng)用也不需要關(guān)心組件存放的位置抹腿、組件運(yùn)行在那個(gè)進(jìn)程中岛请、組件的生命周期等問(wèn)題。隨時(shí)隨地的警绩，只要擁有Binder對(duì)象崇败，就能使用組件的功能。Binder就像一張網(wǎng)肩祥，將整個(gè)系統(tǒng)的組件僚匆，跨進(jìn)程和線程的組織在一起。

• Binder是整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行的中樞搭幻。Android在進(jìn)程間傳遞數(shù)據(jù)使用共享內(nèi)存的方式咧擂，這樣數(shù)據(jù)只需要復(fù)制一次就能從一個(gè)進(jìn)程到達(dá)另一個(gè)進(jìn)程了(前面文章說(shuō)了，一般IPC都需要兩步檀蹋，第一步用戶進(jìn)程復(fù)制到內(nèi)核松申，第二步再?gòu)膬?nèi)核復(fù)制到服務(wù)進(jìn)程。)

• PS: 整個(gè)Androdi系統(tǒng)架構(gòu)中俯逾，雖然大量采用了Binder機(jī)制作為IPC(進(jìn)程間通信)方式贸桶，但是也存在部分其他的IPC方式，比如Zygote通信就是采用socket桌肴。

3.1.5 Binder在Service服務(wù)中的作用

在Android中皇筛，有很多Service都是通過(guò)Binder來(lái)通信的，比如MediaService名下的眾多Service：

• AudioFlinger音頻核心服務(wù)
• AudioPolicyService：音頻策略相關(guān)的重要服務(wù)
• MediaPlayerService:多媒體系統(tǒng)中的重要服務(wù)
• CarmeraService:有關(guān)攝像/照相的重要服務(wù)

3.2 總結(jié)

• Android Binder 是在OpenBinder上定制實(shí)現(xiàn)的坠七。原先的OpenBinder 框架現(xiàn)在已經(jīng)不再繼續(xù)開(kāi)發(fā)水醋，所以也可以說(shuō)Android讓原先的OpenBinder得到了重生。Binder是Android上大量使用的IPC(Inter-process communication彪置，進(jìn)程間通訊)機(jī)制拄踪。
• 無(wú)論是應(yīng)用程序?qū)ο到y(tǒng)服務(wù)的請(qǐng)求，還是應(yīng)用程序自身提供對(duì)外服務(wù)拳魁，都需要使用Binder惶桐。

整體架構(gòu)

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從圖中可以看出，Binder的實(shí)現(xiàn)分為這幾層潘懊，按照大的框架理解是

• framewor層
  --- ---java 層
  --- ---jni 層
  --- ---native/ C++層
• linux驅(qū)動(dòng)層 c語(yǔ)言

• 其中Linux驅(qū)動(dòng)層位于Linux內(nèi)核中姚糊，它提供了最底層的數(shù)據(jù)傳遞，對(duì)象標(biāo)示授舟，線程管理救恨，通過(guò)調(diào)用過(guò)程控制等功能。驅(qū)動(dòng)層其實(shí)是Binder機(jī)制的核心岂却。

• Framework層以Linux驅(qū)動(dòng)層為基礎(chǔ)忿薇，提供了應(yīng)用開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)設(shè)施裙椭。Framework層既包含了C++部分的實(shí)現(xiàn)躏哩，也包含了Java基礎(chǔ)部分的實(shí)現(xiàn)署浩。為了能將C++ 的實(shí)現(xiàn)復(fù)用到Java端，中間通過(guò)JNI進(jìn)行銜接扫尺。

• Binder框架是典型的C/S架構(gòu)筋栋。

• 我們把服務(wù)的請(qǐng)求方稱為Client，服務(wù)的實(shí)現(xiàn)方稱之Server正驻。Clinet對(duì)于Server的請(qǐng)求會(huì)經(jīng)由Binder驅(qū)動(dòng)框架由上至下傳遞到內(nèi)核的Binder驅(qū)動(dòng)中弊攘，請(qǐng)求中包含了Client將要調(diào)用的命令和參數(shù)。

• 請(qǐng)求到了Binder驅(qū)動(dòng)以后姑曙，在確定了服務(wù)的提供方之后襟交，再講從下至上將請(qǐng)求傳遞給具體的服務(wù)。

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4 Binder通信機(jī)制

Android內(nèi)部采用C/S架構(gòu)伤靠。而B(niǎo)inder通信也是采用C/S架構(gòu)捣域。那我們來(lái)看下Binder在C/S的中的流程。

4.1 Binder在C/S中的流程

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具體流程如下：

• 1. 相應(yīng)的Service需要注冊(cè)服務(wù)宴合。Service作為很多Service的擁有者焕梅，當(dāng)它想向Client提供服務(wù)時(shí)，得先去Service Manager(以后縮寫(xiě)成SM)那兒注冊(cè)自己的服務(wù)卦洽。Server可以向SM注冊(cè)一個(gè)或者多個(gè)服務(wù)贞言。
• 2. Client申請(qǐng)服務(wù)。Client作為Service的使用者阀蒂，當(dāng)他想使用服務(wù)時(shí)该窗，得向SM申請(qǐng)自己所需要的服務(wù)。Client可以申請(qǐng)一個(gè)或者多個(gè)服務(wù)蚤霞。
• 3. 當(dāng)Client申請(qǐng)服務(wù)成功后挪捕，Client就可以使用服務(wù)了。

• SM一方面管理Server所提供的服務(wù)争便，同時(shí)又響應(yīng)Client的請(qǐng)求并為之分配響應(yīng)的服務(wù)级零。
• 通信方式的好處是：
• 一方面，service和Client請(qǐng)求便于管理
• 另一方面在應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)時(shí)滞乙，只需要為Client建立到Server的連接即可奏纪，這樣只需要花很少的時(shí)間成本去實(shí)現(xiàn)Server的相應(yīng)功能。
• 那么Binder與這個(gè)通信有什么關(guān)系斩启？其實(shí)三者的通信方式就是Binder機(jī)制(比如Server向SM注冊(cè)服務(wù)序调，使用Binder通信；Client申請(qǐng)請(qǐng)求也是Binder通信兔簇。)

PS:注意這里的ServiceManager是指Nativie層的ServiceManager(C++)发绢，并非是framework層的ServiceManager(Java)硬耍。ServiceManager是整個(gè)Binder通信機(jī)制的大管家，是Android進(jìn)程間通信機(jī)制的守護(hù)進(jìn)程边酒。

4.2 Binder通信整體框架

后面我們會(huì)不斷的提及兩個(gè)概念经柴，一個(gè)是Server，還有一個(gè)是Service墩朦，我這里先強(qiáng)調(diào)下坯认，Server是Server，Service是Service氓涣，大家不要混淆牛哺，一個(gè)Server下面可能有很多Service，但是一個(gè)Servcie也只能隸屬于一個(gè)Server劳吠。

4.2.1 從內(nèi)核和用戶空間的角度來(lái)看

Binder通信模型如下：

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我們可以發(fā)現(xiàn)：

• 1. Client和Server是存在于用戶空間
• 2. Client和Server通信實(shí)現(xiàn)是由Binder驅(qū)動(dòng)在內(nèi)核的實(shí)現(xiàn)
• 3. SM作為守護(hù)進(jìn)程引润，處理客戶端請(qǐng)求，管理所有服務(wù)

我們可以把SM理解成為DNS服務(wù)器痒玩，那么Binder Driver就相當(dāng)于路由的功能淳附。

4.2.2 從Android的層級(jí)的角度

如下圖：(注意圖片的右邊)

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• Client/Server/ServiceManager之間的相互通信都是基于Binder機(jī)制。
• Clinet/Server/ServiceManager之間交互都是虛線表示凰荚，是由于他們彼此之間不直接交互燃观，都是通過(guò)Binder驅(qū)動(dòng)進(jìn)行交互，從而實(shí)現(xiàn)IPC通信方式便瑟。
• 其中Binder驅(qū)動(dòng)位于內(nèi)核空間缆毁，Client/Server/ServiceManager可以看做是Android平臺(tái)的基礎(chǔ)架構(gòu)。
• Client和Server是Android的應(yīng)用層到涂，開(kāi)發(fā)人員只需要自定義實(shí)現(xiàn)client脊框、Server端，借助Android的基本平臺(tái)架構(gòu)就可以直接進(jìn)行IPC通信践啄。

4.2.3 從Binder的架構(gòu)角度來(lái)看

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• Binder IPC 屬于 C/S 結(jié)構(gòu)浇雹，Client 部分是用戶代碼，用戶代碼最終會(huì)調(diào)用 Binder Driver 的 transact 接口屿讽，Binder Driver 會(huì)調(diào)用 Server昭灵，這里的 Server 與 service 不同，可以理解為 Service 中 onBind 返回的 Binder 對(duì)象伐谈，請(qǐng)注意區(qū)分下烂完。

• Client端：用戶需要實(shí)現(xiàn)的代碼，如 AIDL 自動(dòng)生成的接口類
• Binder Driver：在內(nèi)核層實(shí)現(xiàn)的 Driver
• Server端：這個(gè) Server 就是 Service 中 onBind 返回的 IBinder 對(duì)象
• 上面綠色的色塊部分都是屬于用戶需要實(shí)現(xiàn)的部分诵棵，而藍(lán)色部分是系統(tǒng)去實(shí)現(xiàn)了抠蚣。
• Binder Driver 這塊并不需要知道，Server 中會(huì)開(kāi)啟一個(gè)線程池去處理客戶端調(diào)用履澳。
• 為什么要用線程池而不是一個(gè)單線程隊(duì)列呢嘶窄？試想一下怀跛，如果用單線程隊(duì)列，則會(huì)有任務(wù)積壓柄冲，多個(gè)客戶端同時(shí)調(diào)用一個(gè)服務(wù)的時(shí)候就會(huì)有來(lái)不及響應(yīng)的情況發(fā)生吻谋，這是絕對(duì)不允許的。
• 對(duì)于調(diào)用 Binder Driver 中的 transact 接口羊初，客戶端可以手動(dòng)調(diào)用滨溉，也可以通過(guò) AIDL 的方式生成的代理類來(lái)調(diào)用
• 服務(wù)端可以繼承 Binder 對(duì)象什湘，也可以繼承 AIDL 生成的接口類的** Stub 對(duì)象**长赞。

切記，這里 Server 的實(shí)現(xiàn)是線程池的方式闽撤，而不是單線程隊(duì)列的方式得哆，區(qū)別在于，單線程隊(duì)列的話哟旗，Server 的代碼是線程安全的贩据，線程池的話，Server 的代碼則不是線程安全的闸餐，需要開(kāi)發(fā)者自己做好多線程同步饱亮。

4.3 Binder流程

4.3.1 Server向SM注冊(cè)服務(wù)

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• 1. 首先 XXServer(XXX代表某個(gè))在自己的進(jìn)程中向Binder驅(qū)動(dòng)申請(qǐng)創(chuàng)建一個(gè)XXXService的Binder實(shí)體。
• 2. Binder驅(qū)動(dòng)為這個(gè)XXXService創(chuàng)建位于內(nèi)核中的Binder實(shí)體節(jié)點(diǎn)以及Binder的引用包颁，注意饵隙，是將名字和新建的引用打包傳遞給SM(實(shí)體沒(méi)有傳給SM)阀捅，通知SM注冊(cè)一個(gè)名叫XXX的Service。
• 3. SM收到數(shù)據(jù)包后壹无，從中取出XXXService名字和引用，填入一張查找表中
• 4感帅、此時(shí)斗锭，如果有Client向SM發(fā)送申請(qǐng)服務(wù)XXXService的請(qǐng)求，那么SM就可以查找表中該Service的Binder引用失球，并把BInder引用(XXXBpBinder返回給Client)

在進(jìn)一步了解Binder通信機(jī)制之前岖是，我們先弄清楚幾個(gè)概念。

• 引用和實(shí)體实苞。這里豺撑，對(duì)于一個(gè)用于通信的實(shí)體(可以理解為真實(shí)空間的Object)，可以額有多個(gè)該實(shí)體的引用(沒(méi)有真實(shí)空間硬梁，可以理解成實(shí)體的一個(gè)鏈接前硫，操作引用就可以操作對(duì)應(yīng)鏈接上的實(shí)體)。如果一個(gè)進(jìn)程持有某個(gè)實(shí)體荧止，其他進(jìn)程也想操作該實(shí)體屹电，最高效的做法是去獲取該實(shí)體的引用阶剑，再去操作這個(gè)引用。

為了大家在后面更好的理解危号，這里補(bǔ)充幾個(gè)概念

• Binder實(shí)體對(duì)象 :Binder實(shí)體對(duì)象就是Binder服務(wù)的提供者牧愁。一個(gè)提供Binder服務(wù)的類必須繼承BBinder類，因此外莲，有時(shí)為了強(qiáng)調(diào)對(duì)象類型猪半，也用"BBinder對(duì)象"來(lái)代替"Binder實(shí)體對(duì)象"。
• Binder引用對(duì)象 :Binder引用對(duì)象是Binder實(shí)體對(duì)象在客戶進(jìn)程的代表偷线，每個(gè)引用對(duì)象的類型都是BpBiner類磨确，同樣可以用名稱"BpBinder對(duì)象"來(lái)代替"Binder引用對(duì)象"。
• Binder代理對(duì)象 ：代理對(duì)象也成為接口對(duì)象声邦，它主要是為了客戶端的上層應(yīng)用提供接口服務(wù)乏奥，從IInterface類派生。它實(shí)現(xiàn)了Binder服務(wù)的函數(shù)接口亥曹，當(dāng)然只是一個(gè)轉(zhuǎn)調(diào)的空殼邓了。通過(guò)代理對(duì)象，應(yīng)用能像使用本地對(duì)象一樣使用遠(yuǎn)端實(shí)體對(duì)象提供服務(wù)媳瞪，將Binder代理對(duì)象和Binder引用對(duì)應(yīng)(BpBinder對(duì)象)分開(kāi)的好處是代理對(duì)象可以有很多實(shí)例骗炉，但是它們包含的是同一個(gè)引用對(duì)象，這樣方便了應(yīng)用層的使用蛇受。句葵。
• IBiner對(duì)象 ：BBinder和BpBinder類是從IBinder類中繼承來(lái)。在很多場(chǎng)合龙巨，不需要刻意地去區(qū)分實(shí)體對(duì)象和引用對(duì)象笼呆，這時(shí)候也可以統(tǒng)一使用"IBinder對(duì)象"來(lái)統(tǒng)一稱呼他們。

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• 這樣應(yīng)用層可以直接拋開(kāi)接口對(duì)象直接使用Binder的引用對(duì)象旨别，但是這樣開(kāi)發(fā)的程序兼容性不好诗赌。也正是客戶端將引用對(duì)象和代理對(duì)象分離，Android才能用一套架構(gòu)來(lái)同時(shí)為Java和native層提供Binder服務(wù)秸弛。隔離后铭若，Binder底層不需要關(guān)系上層的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，只需要和Binder實(shí)體對(duì)象和引用對(duì)象進(jìn)行交互递览。

PS:BpBinder(Binder引用對(duì)象,在客戶端)和BBinder(Binder實(shí)體,在服務(wù)端)都是Android中Binder通信相關(guān)的代表叼屠，它們都是從IBiner類中派生而來(lái)(BpBinder和BBinder在Native層，不在framework層)绞铃，

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client端：BpBinder通過(guò)調(diào)用transact()來(lái)發(fā)送事物請(qǐng)求
server端：BBinder通過(guò)onTransact()會(huì)接受到相應(yīng)的事物

這時(shí)候再來(lái)看下這個(gè)圖镜雨，然后大家思考一下，就會(huì)明白很多事情儿捧。

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4.3.2 如何獲得一個(gè)SM的遠(yuǎn)程接口

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如果你足夠細(xì)心荚坞，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這里有一個(gè)問(wèn)題:

SM和Server都是進(jìn)程挑宠，Server向SM注冊(cè)Binder需要進(jìn)程間通信，當(dāng)前實(shí)現(xiàn)的是進(jìn)程間通信颓影，卻又用到進(jìn)程間通信各淀。有點(diǎn)暈是不，就好像先有雞還是先有蛋這個(gè)問(wèn)題诡挂。

其實(shí)Binder是這么解決這個(gè)問(wèn)題的：

• 針對(duì)Binder的通信機(jī)制碎浇，Server端擁有的是Binder的實(shí)體(BBinder)；Client擁有的是Binder的引用(BpBinder)璃俗。
• 如果把SM看做Server端奴璃，讓它在Binder驅(qū)動(dòng)一起運(yùn)行起來(lái)時(shí)就有自己的實(shí)體(BBinder)(代碼中設(shè)置ServiceManager的Binder其handle的值恒為0)。這個(gè)Binder實(shí)體沒(méi)有名字也不需要注冊(cè)旧找，所有的Client都認(rèn)為handle值為0的binder引用(BpBinder)是用來(lái)與SM通信的溺健。那么這個(gè)問(wèn)題就解決了麦牺。
• Client和Server中handle的值為0(值為0的引用是專門(mén)與SM通信用的)钮蛛，還不行，還需要讓SM的handle值為0的實(shí)體(BBinder)為0才算大功告成剖膳。怎么實(shí)現(xiàn)的? 當(dāng)一個(gè)進(jìn)程調(diào)用Binder驅(qū)動(dòng)時(shí)魏颓，使用** "BINDER_SET_CONTEXXT_MGR" ** 命名(在binder_ioctl中)將自己注冊(cè)成SM時(shí)，Binder驅(qū)動(dòng)會(huì)自動(dòng)為她創(chuàng)建Binder實(shí)體吱晒。這個(gè)Binder的引用對(duì)所有Client都為0甸饱。

4.3.3 Client從SM中獲得Service的遠(yuǎn)程接口

• Server向SM注冊(cè)了Binder實(shí)體及其名字后，Client就可以Service的名字在SM在查找表中獲得了該Binder的引用(BpBinder)了
• Client也利用了保留的handle值為0的引用向SM請(qǐng)求訪問(wèn)某個(gè)Service:當(dāng)申請(qǐng)?jiān)L問(wèn)XXXService的引用仑濒。
• SM就會(huì)從請(qǐng)求數(shù)據(jù)包中獲得XXXService的名字叹话，在查找表中找到名字對(duì)應(yīng)的條目，取出Binder的引用打包回復(fù)給Client墩瞳。
• Client就可以利用XXXService的引用使用XXXService的服務(wù)了驼壶。如果有更多的Client請(qǐng)求該Service，系統(tǒng)中就會(huì)有更多的Client獲得這個(gè)引用喉酌。

如下圖

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4.3.4 建立C/S連接后

首先要明白一個(gè)事情：

Client要擁有自己的自己的Binder實(shí)體热凹，以及Server的Binder的應(yīng)用；Server有用自己的Binder的實(shí)體泪电，以及Client的Binder引用般妙。

我們也可以按照網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求的方式來(lái)分析：

• 從Client向Server發(fā)送數(shù)據(jù)：Client為發(fā)送方，擁有Binder實(shí)體相速；Server為接收方碟渺，擁有Binder引用。
• 從Server向Client發(fā)送數(shù)據(jù)：Server為發(fā)送方突诬，擁有Binder實(shí)體：Client為接收方苫拍，擁有Binder引用烹棉。

其實(shí)，在我們建立C/S連接后怯疤，無(wú)需考慮誰(shuí)是Client浆洗，誰(shuí)是Server。只要理清誰(shuí)是發(fā)送方集峦，誰(shuí)是接收方伏社，就能知道Binder的實(shí)體和應(yīng)用在那邊。

那我們看下建立C/S連接后的塔淤，具體流程,如下圖：

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那我們說(shuō)下具體的流程:

• 第一步摘昌，發(fā)送方通過(guò)Binder實(shí)體請(qǐng)求發(fā)送操作
• 第二步，Binder驅(qū)動(dòng)會(huì)處理這個(gè)操作請(qǐng)求高蜂，把發(fā)送方的數(shù)據(jù)放入寫(xiě)緩存(binder_write_read.write_buffer)(對(duì)于接受方來(lái)說(shuō)為讀緩存區(qū))聪黎，并把read_size(接收方讀數(shù)據(jù))置為數(shù)據(jù)大小。
• 第三步备恤，接收方之前一直在阻塞狀態(tài)中稿饰，當(dāng)寫(xiě)緩存有數(shù)據(jù)，則會(huì)讀取數(shù)據(jù)露泊，執(zhí)行命令操作
• 第四步喉镰，接收方執(zhí)行完后，會(huì)把返回結(jié)果同樣采用binder_transaction_data結(jié)構(gòu)體封裝惭笑，寫(xiě)入緩沖區(qū)(對(duì)于發(fā)送方侣姆，為讀緩沖區(qū))

4.3.4 匿名Binder

• 在Android中Binder還可以建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的私有通道，匿名Binder就是這種方式沉噩。
• 在Binder通信中捺宗，并不是所有通信的Binder實(shí)體都需要注冊(cè)給SM的，Server可以通過(guò)已建立的實(shí)體Binder連接將創(chuàng)建的Binder實(shí)體傳給Client川蒙。
• 這個(gè)Binder沒(méi)有向SM注冊(cè)名字蚜厉。這樣Server和Client通信就有很高的隱私性和安全性。

如下圖：

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5 Binder的層次

從代碼上看派歌，Binder設(shè)計(jì)的類可以分成4個(gè)層級(jí)弯囊，如下圖所示

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• 最上層的是位于Framewok中的各種Binder服務(wù)類和它們的接口類。這一層的類非常多胶果，比如常見(jiàn)的ActivityManagerService(縮寫(xiě)叫AMS)匾嘱、WindowManagerService(縮寫(xiě)叫WMS)、PackageManagerService(縮寫(xiě)是PMS)等早抠，它們?yōu)閼?yīng)用程序提供了各種各樣的服務(wù)霎烙。
• 中間則分為為兩層，上面是用于服務(wù)類和接口開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，比如IBinder悬垃、BBinder游昼、BpBinder等。下層是和驅(qū)動(dòng)交互的IPCThreadState和ProcessState類尝蠕。
• 這里刻意把中間的libbinder中的類劃分為兩個(gè)層次的原因烘豌，是在這4層中，第一層的和第二層聯(lián)系很緊密看彼，第二層中的 各種Binder類用來(lái)支撐服務(wù)類和代理類的開(kāi)發(fā)廊佩。但是第三層的IPCThread和第四層之間耦合得很厲害，單獨(dú)理解IPCThread或者是驅(qū)動(dòng)都是一件很難的事靖榕，必須把它們結(jié)合起來(lái)理解标锄，這一點(diǎn)正是Binder架構(gòu)被人詬病的地方，驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用層之間過(guò)于耦合茁计，違反了Linux驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的原則料皇，因此，主流的Linux并不愿意接納Binder

6 Binder協(xié)議

Biner協(xié)議格式基本是"命令+數(shù)據(jù)"星压，使用ioctl(fd,cmd,arg)函數(shù)實(shí)現(xiàn)交互践剂。命令由參數(shù)cmd承載，數(shù)據(jù)由參數(shù)arg租幕，隨著cmd不同而不動(dòng)舷手。

這其中最常用的命令是 BINDER_WRITE_READ锄贼。該命令的參數(shù)包括兩個(gè)部分:

• 1. 是向Binder寫(xiě)入數(shù)據(jù)
• 2. 是向Binder讀出數(shù)據(jù)

• 驅(qū)動(dòng)程序先處理寫(xiě)部分再處理讀部分票灰。這樣安排的好處是應(yīng)用程序可以很靈活的地處理命令的同步或者異步。

• 例如若要發(fā)送異步命令可以只填入寫(xiě)部分而將read_size設(shè)置為0，若要只從Binder獲得的數(shù)據(jù)可以將寫(xiě)部分置空屑迂，即write_size置0浸策。如果想要發(fā)送請(qǐng)求并同步等待返回?cái)?shù)據(jù)可以將兩部分都置上。

6.1 BINDER_WRITE_READ 之寫(xiě)操作

• Binder寫(xiě)操作的數(shù)據(jù)時(shí)格式同樣也是(命令+數(shù)據(jù))惹盼。這時(shí)候命令和數(shù)據(jù)都存放在binder_write_read結(jié)構(gòu)中的write_buffer域指向的內(nèi)存空間里庸汗，多條命令可以連續(xù)存放。
• 數(shù)據(jù)緊接著存放在命令后面手报，格式根據(jù)命令不同而不同夫晌。下表列舉了Binder寫(xiě)操作支持的命令：

• 我提供兩套，一套是圖片昧诱，方便手機(jī)用戶晓淀，一部分是文字，方便PC用戶

  
  
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上面圖片盏档，下面是文字

• 在這些命令中迎献，最常用的h是BC_TRANSACTION/BC_REPLY命令對(duì)瞎访，Binder請(qǐng)求和應(yīng)答數(shù)據(jù)就是通過(guò)這對(duì)命令發(fā)送給接受方。
• 這對(duì)命令所承載的數(shù)據(jù)包由結(jié)構(gòu)體struct binder_transaction_data定義忿晕。Binder交互有同步和異步之分装诡。
• 利用binder_transcation_data中的flag區(qū)域劃分银受。如果flag區(qū)域的TF_ONE_WAY位為1，則為異步交互鸦采，即client發(fā)送完請(qǐng)求交互即結(jié)束宾巍，Server端不再返回BC_REPLY數(shù)據(jù)包；否則Server會(huì)返回BC_REPLY數(shù)據(jù)包渔伯，Client端必須等待接受完數(shù)據(jù)包后才能完成一次交互顶霞。

6.2 BINDER_WRITE_READ:從Binder讀出數(shù)據(jù)

在Binder里讀出數(shù)據(jù)格式和向Binder中寫(xiě)入數(shù)據(jù)格式一樣，采用(消息ID+數(shù)據(jù))形式锣吼，并且多條消息可以連續(xù)存放选浑。

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Binder讀操作消息ID

和寫(xiě)數(shù)據(jù)一樣西雀，其中最重要的消息是BR_TRANSACTION或BR_REPLY萨驶，表明收到一個(gè)格式為binder_transaction_data的請(qǐng)求數(shù)據(jù)包(BR_TRANSACTION或返回?cái)?shù)據(jù)包(BR_REPLY))

6.3 struct binder_transaction_data ：收發(fā)數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)是Binder接收/發(fā)送數(shù)據(jù)包的標(biāo)準(zhǔn)格式，每個(gè)成員定義如下：

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• offsets_size和data.offsets兩個(gè)成員，這是Binder通信有別于其他IPC的地方轮锥。
• Binder采用面向?qū)ο?/strong>的設(shè)計(jì)思想矫钓，一個(gè)Binder實(shí)體可以發(fā)送給其他進(jìn)程從而建立許多跨進(jìn)程的引用；另外這些引用也可以在進(jìn)程之間傳遞舍杜，就像java將一個(gè)引用賦值給另外一個(gè)引用一樣新娜。為Binder在不同進(jìn)程中創(chuàng)建引用必須有驅(qū)動(dòng)參與，由驅(qū)動(dòng)在內(nèi)核創(chuàng)建并注冊(cè)相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)后接收方才能使用該引用既绩。而且這些引用可以是強(qiáng)類型的概龄，需要驅(qū)動(dòng)為其維護(hù)引用計(jì)數(shù)。

• 然后這些跨進(jìn)程傳遞的Binder混雜在應(yīng)用程序發(fā)送的數(shù)據(jù)包里饲握，數(shù)據(jù)格式由用戶定義私杜，如果不把他們一一標(biāo)記出來(lái)告知驅(qū)動(dòng)蚕键，驅(qū)動(dòng)將無(wú)法從數(shù)據(jù)中將他們提取出來(lái)。
• 使用數(shù)組data.offsets存放用戶數(shù)據(jù)中每個(gè)Binder相對(duì)于data.buffer的偏移量衰粹，用offersets_size表示這個(gè)數(shù)組的大小锣光。驅(qū)動(dòng)在發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)會(huì)根據(jù)data.offsets和offset_size將散落于data.buffer中的Binder找出來(lái)并一一為它們創(chuàng)建相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

7 Binder的整體架構(gòu)

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參考

Android跨進(jìn)程通信IPC之6——Binder框架