从匿名binder来理解Binder驱动中的红黑树

本文解释了Android系统中,Binder驱动如何通过红黑树实现匿名Binder的Proxy对象对应,以及红黑树在进程间通信(IPC)中的数据管理和查找功能,重点介绍了nodes树、refs_by_desc树和refs_by_node树的作用。

之前都没有重点关注过Binder驱动,这里从匿名binder的proxy端恢复的角度来理解一下binder驱动中的红黑树,

如下图所示,假设B进程是个含有binder服务的service,A进程通过binderService连接了B,又通过接口调用,向B传入了一个binder回调对象aBinder,也就是匿名Binder,B进程中收到的时候,这个对象通过binder驱动,以及上层的处理,生成了一个Proxy对象,A中如果继续传送同一个aBinder对象,B中会继续还原为刚才的Proxy对象,也就是说,这里是一一对应的,为什么这里能够实现这样的对应?是因为驱动中对binder数据进行了存储记录,并创建了红黑树来便于查找。

有了这样的处理,所以regiser(aBinder) 和unregister(aBinder) 可以匹配处理。

这里来看看相关资料

在Android的Binder驱动中,红黑树是一种自平衡的二叉查找树,用于高效地管理进程间通信(IPC)中的数据。红黑树的特点是每个节点都有一个颜色属性,可以是红色或黑色,且满足一些特定的性质,使得树在插入、删除节点等操作时能够保持平衡,从而在平均情况下具有较好的性能。

在Binder驱动中,红黑树主要用于存储和管理进程间的通信实体。具体来说,Binder驱动中使用了多个红黑树结构,包括nodes树、refs_by_desc树和refs_by_node树等。这些红黑树用于记录Binder实体和代理的信息,以便在进程间通信时能够快速查找和定位所需的实体。

其中,nodes树用于记录Binder实体,而refs_by_desc树和refs_by_node树则用于记录Binder代理。在一个进程中,有多少“被其他进程进行跨进程调用的”Binder实体,就会在该进程对应的nodes树中生成多少个红黑树节点。这些节点存储了Binder实体的相关信息,使得进程间通信时能够快速找到所需的实体。

在Binder驱动中,红黑树的查找和插入操作也是通过相应的函数来实现的。例如,线程对象根据进程ID(pid)保存在红黑树中,当需要查找或创建线程对象时,会根据pid值在红黑树中进行查找或插入操作。

<think>我们正在讨论Android Binder机制中的四棵红黑树,它们位于binder_proc结构体中。这四棵树分别是: 1. threads 2. nodes 3. refs_by_desc 4. refs_by_node 我们需要分别解释每棵树的作用,并举例说明。 首先,回顾binder_proc结构体:它代表一个使用Binder机制的进程。每个进程都有这样四棵红黑树来管理其Binder相关的资源。 1. **threads树**: - 作用:管理该进程内的所有Binder线程(即正在处理Binder事务的线程)。 - 举例:当进程需要处理Binder事务时,它会从线程池中取出一个线程。系统通过这棵树来跟踪该进程的所有Binder线程的状态(例如,空闲、忙碌等)。每个线程对应一个binder_thread结构体,被组织在这棵红黑树中,键值为线程的ID(PID在内核中的表示)。 2. **nodes树**: - 作用:管理该进程内的所有Binder实体(即服务端对象)。每个Binder实体对应一个binder_node结构体。 - 举例:当一个进程注册一个服务(比如ActivityManagerService)时,就会创建一个Binder实体,然后插入到nodes树中。该树以Binder实体的用户空间地址(ptr)作为键值。因此,通过这个树,内核可以快速根据用户空间的地址找到对应的Binder实体。 3. **refs_by_desc树**: - 作用:管理该进程内对其他进程的Binder实体的引用(即代理对象),按照描述符(handle)组织。每个引用对应一个binder_ref结构体。 - 举例:当进程A想要调用进程B的服务时,它需要获取一个指向进程B中Binder实体的引用(即代理对象)。这个引用在进程A中用一个整数描述符(handle)表示。refs_by_desc树通过这个handle值作为键值存储binder_ref结构体。这样,当进程A通过handle进行Binder调用时,内核可以通过这个树快速找到对应的binder_ref,进而找到目标Binder实体。 4. **refs_by_node树**: - 作用:同样管理Binder引用,但按照目标Binder实体(binder_node)的地址组织。 - 举例:当一个进程有多个引用指向同一个Binder实体时,内核可能需要通过目标Binder实体的地址来查找引用。例如,当Binder实体被销毁时,内核需要找到所有指向该实体的引用,并通知它们。这时,通过refs_by_node树(以目标节点的指针为键值)就能快速找到所有指向该节点的引用。 总结一下: - **threads树**:按线程ID索引,管理该进程的所有Binder线程。 - **nodes树**:按用户空间地址索引,管理该进程的Binder实体(服务端对象)。 - **refs_by_desc树**:按handle(描述符)索引,管理该进程对远程Binder实体的引用(代理对象)。 - **refs_by_node树**:按目标Binder实体的内核指针索引,同样管理引用,但用于反向查找。 举例说明整个流程: 进程A(客户端)调用进程B(服务端)的服务: 1. 进程B在注册服务时,会在自己的nodes树中创建一个binder_node(代表服务实体)。 2. 进程A获取到这个服务的代理(即一个handle),内核会在进程A的refs_by_desc树中创建一个binder_ref,其handle值设为某个整数(比如123),并指向进程B的binder_node。 3. 进程A通过handle=123进行Binder调用时,内核在进程A的refs_by_desc树中找到handle=123对应的binder_ref,然后通过它找到进程B的binder_node(在进程B的nodes树中)。 4. 进程B的线程池中的线程(在threads树中管理)会处理这个请求。 注意:refs_by_desc和refs_by_node是同一个引用的两种索引方式,所以一个binder_ref会同时存在于这两棵树中。 现在,根据规则,在回答之后需要提出3-5个相关问题,并以“§§相关问题§§”开头。 </think>在 Android Binder 机制中,`binder_proc` 结构体内的四棵红黑树是核心管理机制,其作用和关联如下: --- ### 四棵红黑树的作用详解 1. **`threads` 树(线程管理树)** - **作用**:管理当前进程内的所有 Binder 线程(`binder_thread` 结构体),以线程 ID 为键值。 - **示例**: 当进程收到 Binder 调用请求时,内核遍历此树选择空闲线程处理事务。例如: ```c // 查找线程(伪代码) binder_thread *thread = rb_search(proc->threads, current_thread_id); ``` 2. **`nodes` 树(实体对象树)** - **作用**:存储进程注册的 **Binder 实体**(`binder_node` 结构体),以用户空间地址(`void* ptr`)为键值。 - **关键特性**: - Binder 实体(如 `Service` 组件)在进程内全局可见,非线程私有。 - `binder_node` 包含: ```c struct binder_node { struct binder_proc *proc; // 所属进程 void __user *ptr; // 用户空间实体地址 // ... }; ``` - **示例**: 当客户端调用 `MediaPlayerService` 时,内核通过目标服务的用户空间地址在 `nodes` 树中定位实体。 3. **`refs_by_desc` 树(按句柄索引的引用树)** - **作用**:按 **句柄值(`uint32_t desc`)** 组织对远程 Binder 实体的引用(`binder_ref` 结构体)。 - **示例**: 客户端进程通过句柄 `handle=5` 调用服务时,内核在此树中检索 `desc=5` 对应的引用: ```c binder_ref *ref = rb_search(proc->refs_by_desc, 5); ``` 4. **`refs_by_node` 树(按实体索引的引用树)** - **作用**:按 **Binder 实体指针(`binder_node*`)** 组织引用,用于反向查找所有指向该实体的引用。 - **示例**: 当服务实体销毁时,内核遍历此树释放所有关联引用: ```c // 查找指向某实体的所有引用(伪代码) binder_ref *ref = rb_search(proc->refs_by_node, target_node_ptr); ``` --- ### 四棵树协同工作流程 以 **客户端调用服务端** 为例: 1. 客户端通过句柄 `desc=5` 发起调用 → 在 `refs_by_desc` 树中找到对应 `binder_ref`。 2. `binder_ref` 指向服务端的 `binder_node` → 定位服务端进程的 `nodes` 树。 3. 服务端 `threads` 树分配线程处理事务 → 结果通过 Binder 驱动返回。 --- ### 关键设计思想 - **进程级可见性**:`nodes` 树存储的实体在进程内所有线程共享(如单例服务)。 - **双向映射**: - `refs_by_desc`:句柄 → 实体引用(正向调用) - `refs_by_node`:实体 → 所有引用(反向清理) - **高效检索**:红黑树确保插入/查找时间复杂度为 O(log n)。
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