binder机制再学习

最新推荐文章于 2024-08-28 14:34:35 发布

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分类专栏：程序员文章标签： binder 学习

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binder有四个主角分别为：Server 、Client （不难理解，因为是基于C/S模式）

ServiceManger 、 Binder驱动。

前三者都作用于用户空间，而Binder驱动作用于内核空间。

这个时候引出用户空间及内核空间的概念，接下来通过一张图来理解这两个概念：

在这里插入图片描述

看图说话：每个Android进程包含两个空间，一个是内核空间（占用空间少的），特点是不同进程的内核空间是可以共享的，而用户空间的资源是不可以共享的。

我们不同进程要通信的资源肯定都在用户空间啦~所以这个时候就要利用内核空间中的Binder驱动来管理。用户空间通过ioctl等方法来和内核空间通信。

1. Binder驱动

虽然叫“驱动”，但是和硬件驱动没有任何关系，只是作用和驱动差不多。作用于内核态（内核空间），主要负责进程间Binder通信的建立、Binder在进程间的传递、Binder引用计数的管理、数据包在进程间传递和交互的一系列底层支持。

用户态和内核态是隔离开的，但我们用户态也要访问内核态呀，这个时候用户态访问内核态的唯一空间就是系统调用；通过这个统一入口接口，然后所有的资源访问都是在内核的控制下执行，以免导致对用户程序对系统资源的越权访问，从而保障了系统的安全和稳定。在执行内核态的方法是优先级是0（最高）可以使用CPU特殊的优先方法，而用户态则是3（最低）。

Binder 并不是 Linux 内核的一部分，它是怎么做到访问内核空间的呢？ Linux 的动态可加载内核模块（Loadable Kernel Module，LKM）机制解决了这个问题；模块是具有独立功能的程序，它可以被单独编译，但不能独立运行。它在运行时被链接到内核作为内核的一部分在内核空间运行。这样，Android系统可以通过添加一个内核模块运行在内核空间，用户进程之间的通过这个模块作为桥梁，就可以完成通信了。

熟悉了上面的概念可以来看看下图：

用在这里插入图片描述

用户态中的binder_open()、binder_mmap()、binder_ioctl()就是通过调用System call来调用内核态中的方法。用户态和内核态中的共享内存由内核态来调用copy_from_user和copy_to_user来传输。

Binder驱动中保存了一个binder_procs的全局链表来保存服务端的进程信息。

Binder进程和线程

对于底层Binder的驱动，底层的binder_procs链表就记录着所有创建了binder_proc的结构体，每一个binder_proc结构体都与一个用于binder通信的进程对应，每个进程通过单例模式保证自己唯一的ProcessState对象，每个线程也有自己的IPCThreadState对象（也是单例模式保证唯一），在Binder驱动层也有和它对应的Binder_thread，binder_proc结构体中的rb_root threads就是记录自己进程中的所有线程的Binder_thread，具体看下图：

在这里插入图片描述

2. ServiceManager

ServiceManager是Binder驱动的守护进程，其实作用简化来说就是提供了查询服务和注册服务的功能。

下面介绍ServiceManager主要分成三部分，分别为启动、注册服务、获取服务。

首先是ServceManger的启动，看下图：在这里插入图片描述

（1）ServiceManager分为framework层和native层，framework层只是对native层进行了封装，方便调用，图上展示的是native层的SM启动过程。

（2）ServiceManager的启动是系统在开机时，init进程解析了init.rc文件调用了 service_manager.c中的main()方法入口启动的。native层有一个binder.c封装了一些与Binder驱动交互的方法。

（3）ServieceManager启动分为三步：首先打开驱动创建全局链表binder_procs，然后将自己的ProssStats包装成一个binder_proc插入到链表中，最后开启loop循环不断处理共享内存中的数据，并处理BR_xxx命令（ioctl的命令，BR可以理解为binder reply驱动处理完的相应）

其次是ServiceManager的注册

在这里插入图片描述

（1）比如说我们要注册一个服务端，我们就要通过ServiceManager的addService来实现。

（2）首先ServiceManager向Binder驱动发送BC_TRANSACTION命令（ioctl的命令，BC可以理解为binder client发送过来的请求）携带了ADD_SERVICE_TRANSATION命令，同时注册服务的线程进入等待状态 waitForResponse()。Binder驱动收到请求命令向ServiceManager的todo队列里添加一条事务。接着事务就创建服务进程的binder_porc并插入到链表中。

（3）Binder驱动处理完BR_TRANSATION后会通知ServiceManager，SM接着就像svcinfo中添加已经注册的服务。最后发送BR_REPLY命令唤醒等待的线程，通知注册成功。

ServiceManager获取服务：

在这里插入图片描述