binder

Android110221:Android binder,parcel和service的简记 (2)
概述


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内容提要
文档简要整理binder，parcel，和service的内容。以供备忘和参考。

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版本记录
Date        Ver        Note
2011-02-21    0.1        Draft.  zcatt, Beijing
 

1. binder的结构

  binder是解决ipc和rpc的工具。android使用的是linux os，支持多进程和多线程。同时，对于java app，一个vm占用一个进程。做为完善的开发框架，android必须支持ipc。binder就是解决ipc问题的途径，更进一步，binde还支持rpc。

  进程有自己的地址空间，不同进程间的通信并不能直接引用地址。一般的解决途径是，发送进程把需要传送的数据按照一定格式(marshall)转换成二进制形式/特定格式的数据，发往接收进程；接收进程收到二进制形式、特定格式的数据后，反转换(unmarshall)成原文数据，然后使用。binder使用的就是这种步骤。

  binder使用的是同步c/s模型，s循环阻塞在接收数据操作上，随时处理c的数据，处理后发送回c；c则将请求服务的数据发送到s，阻塞在收取s返回数据，收到数据后，继续自己的工作。

  binder的框架可以分成3层，如图<binder arch>。
 
  最下层是linux os和binder driver。binder driver本质上是进程间的共享内存，各进程将要发送到其它进程的数据写入到driver，从driver读取其它进程发送来的数据。

  中间层是cpp实现的framework，完成数据的接收发送转换，和c/s流程的支持。

  其实到中间层，binder的架构就已经完全具备了。但android使用的是java做为一般app的开发语言。所以还需要jni和相应java binder类的支持，这就是中间层上面的第三层：jni/java

  假设c，s都是java实现，app ipc一般的情景是这样的， app client 收集ipc的数据，穿过jni，加工下传，经framework，写入driver。数据经driver上传，反加工经framework，穿过jni，上传到app server。

  对于rpc的支持，需要一点点技巧，直接传递函数指针是无法使用的。为了是叙述的方便，先澄清一对概念：本地local和远端remote。定义rpc函数的进程称作本地，调用rpc函数的进程称作远端。rpc的实现实际上是远端定义一个rpc的proxy，远端将proxy想做rpc在本地的实现，貌似本地函数操作一般使用。而这个proxy实际上仅仅是将自己登记在本地的handle和入口参数发送本地，本地根据handle，知晓是哪个远端进程的proxy，调用函数，给定入口参数，执行完毕后，将出口参数再返回远端的proxy(因为我们有handle了)。binder的实现中handle和本地函数的对应关系是保存在driver中管理的。


2. binder driver

  binder driver是binder机制的基础，是实现ipc的通道。

  binder driver与framework和app的功能操作是用ioctl方式实现的。最基本的操作是数据读写操作。一次读写操作有两个子操作组成：写子操作和读子操作。driver为每个进程和线程维护了一个数据结构，其中有一个list，挂接了其它进程写入的数据，还有一个信号量。写子操作负责将数据挂接到接收进程对应数据结构的list上。读子操作负责处理自己进程中list上的数据，传回framework和app。

  binder driver的第二个功能是为了支持rpc，就是维护本地函数和远端proxy的handle之间的对应关系。更复杂的是维护两个远端Proxy的handle之间的对应关系，这两个proxy是同一rpc的proxy。

3. binder framework

  binder的framework是cpp实现的，这里分成本地local/s和远端remote/c两半来描述。
 
  公共类IBinder派生出两个子类，BBinder用于local，BpBinder用于remote。

  本地实现的类以BBinder为基类派生，接收数据后，处理，并将结构发会远端。

  远端proxy的类使用BpBinder，接收和发送数据到本地。

  进一步方便开发，引入了IInterface类，开发者从Interface派生子类，定义自己需要的rpc操作。
 
  在IInterface的装饰下，从BBinder派生出了本地的关键类 BnInterface<INTERFACE>；从BpRefBase派生出了包含成员BpBinder对象的远端关键类BpInterface<INTERFACE>。

  于是，创世纪中，神说：‘要有光’，就有了光。神看光是好的，就把光暗分开了。 神称光为昼，称暗为夜。有晚上，有早晨，这是头一日。

4. binder jni,java类和aidl工具

  binder framework的机制要被java使用，需要经过包装。除了jni相关部分，android在java中还定义了几个相关的接口和类，IBinder，Binder，BinderProxy，IInterface，BinderInternal。

  aidl工具则是方便java实现c/s结构的一个工具，开发者编写简单的接口描述idl文件，则aidl自动生成local和remote的Binder类。让开发者关注在实际的功能开发上，不必为binder机制耗费无谓的精力。



5. parcel是什么

  为了便于ipc之间传递的数据的操作，binder引入了parcel的概念。parcel可以想成快递公司的包装箱，需要传递的各种类型的数据都被打包进parcel类，binder负责传递parcel对象，接收端则从parcel解出数据。这样的机制即减少了各种数据类型对传递的复杂性，又可以通过增加打包/解包parcel的数据类型，轻易实现扩展。
  parcel已经支持容纳基本数据类型和一些复合数据类型。
  在framework层面，parcel提供了Flattenable基类，可以扩展parcel容纳的数据类型。
  在java parcel层面，parcel提供了Parcelable接口，可以扩展parcel容纳的数据类型。


6. 依赖于binder的service
 
  ipc/rpc已经被binder机制解决掉了，那么service面临的唯一问题就是service如何让想使用service的client招到service。解决的方案就是 service manager。service manager是一个特殊进程，每个service都会注册登记到service manager中，而client可以从service manager查询得到自己需要使用的service。