理解Binder机制_io操作 binder-优快云博客

前言

Android中Binder机制的重要性不言而喻，从IPC角度来看， Binder是一种跨进程通信方式，Binder也可以理解为一种虚拟的物理设备，它的设备驱动是/dev/binder；从Android framework角度来说，Binder是Service Manager连接各种Manager和相应ManagerService的桥梁；从Android应用层来说，Binder是客户端和服务端进行通信的媒介，当bindService的时服务端会返回一个包含了服务端业务的Binder对象，用于客户端获取服务端提供的服务或者数据，这里的服务包括普通服务和基于AIDL的服务。

一.什么是Binder

什么是Binder，应该怎么去理解Binder呢？首先介绍Binder为了实现进程之间的通信需要解决哪些问题：

//1.如何知道客户端需要调用哪个进程以及该进程中的方法
//2.客户端如何将函数形参发送给远程进程中的函数，以及如何将远程进程函数计算结果返回客户端
//3.如何去屏蔽底层通信细节，让实现客户端调用远程函数就像调用本地函数一样

第一个问题很容易解决，只要给每个需要远程通信的类一个唯一标识，可以通过包名+类名的字符串以标识，然后在类里面给每个函数编号即可对函数唯一编码。

第二个问题，定义一个可打包的接口Parcelable，这个接口提供2个重要函数，分别是将对象中的属性写入到数组和从数组中的数据还原对象，每个可以发送到远程函数作为形参的对象只需实现Parcelable接口即可。Parcelable具体使用可以参考Android开发——进程间通信之AIDL（二）。

第三个问题，为了屏蔽进程之间的通信细节，那么Android团队肯定想定义一个类，由这个类来实现这些细节。这个类应该做哪些事情呢？首先，这个类得帮用户发送远程请求并将返回结果提交给用户，这是最重要的功能了，有了这个功能，妈妈再也不用担心我的进程间通信了。其次，如果我想实现服务端，什么时候客户端调用我，这些细节不用用户操心。当然，这个类还要帮用户封装更多细节。既然打算定义这个类了，那总得取个响当当的名称吧，什么？你说取名为Binder，好吧，那就叫Binder吧。服务端想要实现被跨进程访问，就必须继承Binder类。

有一点很重要，就是客户端发起远程服务调用时当前线程会被挂起，因此如果远程进程是执行长时间的运算，请不要使用主线程去调用远程函数，以防止ANR。

二. Binder的实现机制

说起Binder机制，下面这张图就是经典中的经典了。
在这里插入图片描述

2.1 Binder驱动

Binder驱动是一段运行在内核空间的代码，它是Binder机制的核心，负责Binder节点的建立，和进程间的信息传递。通过"/dev/binder"的文件在内核空间和用户空间来回搬数据。Linux ioctl 函数实现了从用户空间转移到内核空间的功能。

2.2 ServiceManager

ServiceManager是Init程序启动的守护进程之一，它是Android中Binder通信机制的基础。

ServiceManager提供了注册，检索服务的功能。即这些服务由ServiceManager来统一进行管理。

而ServiceManager启动的过程做了三件事：

（1）通过open打开设备文件/dev/binder，把文件内容映射到内核空间中，由于内核空间是所有进程共享的区域，所以借助这块区域，可以实现进程间通信。

（2）通过IO控制命令BINDER_SET_CONTEXT_MGR将当前进程注册到Binder驱动中，Binder驱动便会为他在内核空间创建一个Binder实体，并且将其句柄设置为0，从句柄值也能看出来，这个节点在Binder驱动中是唯一的，系统会将跨进程服务注册到它的服务列表里面，服务列表中存储的便是服务名字+这个服务在Binder驱动中大于0的句柄。

（3）最终ServiceManager也是会进入一个无限循环，等待客户端的IPC请求。

2.3 服务注册

Zygote进程会孵化出的第一个子进程就是SystemService，我们大部分的系统服务比如ActivityManagerService、WindowManagerService等都是该进程内的一个线程，这些服务会通过调用ServiceManager.addService方法添加到ServiceManager中的服务列表中。

（1）Server首先将自己作为对象，并且附上一个句柄为0的值(用于访问ServiceManager)，并将这些内容封装成一个数据包后通过open Binder的设备文件/dev/binder发送给Binder驱动。
（2）Binder驱动首先会查看是否有该Server对应的Binder实体，如果没有就创建Binder实体并赋予一个大于0的句柄，接着会把这个句柄和服务名字等信息发送给ServiceManager。
（3）ServiceManager会首先查看服务列表中是否已经存在这个服务，不存在的话，就把这个服务和它的Binder驱动中的句柄加入到服务列表中。

2.4 服务调用

（4）Client想调用某服务时，会把该服务的名字，加上一个句柄为 0 的值封装为一个数据包并发送给Binder驱动。

（5）Binder驱动接收到句柄为0，就会将这数据包扔给ServiceManager。

（6）ServiceManager接收到数据包后就会找某个名字的服务，然后将对应服务的句柄发送给Binder驱动，再发送回客户端。

（7）Client获取句柄之后，会利用这个句柄信息在自己本地创建一个远程Server的代理，以后Client发消息都是发给这个代理的，随后的通信便变成了代理通过Binder驱动与真正的Server进行交互了。

客户端调用这个服务时，会加上参数、标识符（标记远程对象及其函数）等数据放入到Client的共享内存，Binder驱动根据这些数据找到对应的远程服务进程的共享内存，并把数据拷贝到内核空间，并映射到远程服务进程中，并通知远程进程执行onTransact()函数，远程进程Binder对象执行完成后将结果写入自己的共享内存中，Binder驱动再将结果数据拷贝到内核空间，并映射到客户端进程中，并唤醒客户端线程。

三. Android为什么要使用Binder机制

3.1 性能

Binder数据拷贝只需要一次，而管道、消息队列、Socket都需要2次（共享内存方式一次内存拷贝都不需要）。

3.1.1 Binder如何实现的一次拷贝

Linux内核实际上没有从一个用户空间到另一个用户空间直接拷贝的函数，只有从用户空间拷贝到内核空间的函数（copy_from_user），和反过来的copy_to_user()函数。所以说，为了实现用户空间到用户空间的拷贝，mmap()分配的内存除了映射到接收方进程里，还映射到内核空间。所以调用copy_from_user()将数据拷贝进内核空间也相当于拷贝进了接收方的用户空间，这就是Binder只需一次拷贝的原因。