Android Binder-框架简析

Android这个庞大的系统中会涉及非常多的进程间通信，是什么让各个进程间通信起来毫无障碍且有条不紊的呢？传统的IPC(即”进程间的通信”缩写)，例如Pipe和Socket，执行一次通信需要两次数据的拷贝，举个例子如，Client要将一块内存数据传递给Server，一般的做法是，Client将这块数据从它的进程空间拷贝到内核空间中，然后内核再将这个数据从内核空间拷贝到Server的进程空间，这样，Server就可以访问这个数据了，但是在这种方法中，执行了两次内存拷贝操作。而采用Binder机制，只需要把Client进程空间的数据拷贝一次到内核空间，然后Server与内核共享这个数据就可以了，整个过程只需要执行一次内存拷贝，提高了效率。Binder的主要核心有两部分，分别是IPC（进程间通信）和RPC（远程过程调用）。

1. IPC
   进程间的通信，以AB两个进程间通信作为例子，数据传输有三要素：

   1. 源：A进程(要去访问B进程提供的LED驱动接口)
   2. 目的： B进程(进程A是如何得知是进程B提供LED访问呢？)：
      B进程向ServiceManager注册led服务
      A进程向ServiceManager查询led服务，得到一个handle(句柄)
   3. 数据传输：使用buffer

2. RPC
   远程调用(在IPC的基础上做了层封装)，例如调用led_open / led_ctl，但它并没有权限，所以需要做如下处理：

   1. 封装(构造)数据
   2. A进程发送数据(通过IPC通道发送给B进程)，B进程会取出数据然后调用led_open / led_ctl，就好像A直接操作LED一样

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RPC：远程调用涉及的过程:

1. 调用哪一个函数：根据Server的函数编号（led_ctl、led_open）
2. 传给给它什么参数：通过IPC的buffer传输（哪个灯，亮还是灭）
3. 返回值：通过IPC的buffer传输（返回成功与否）
   

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Binder系统涉及4个部分：

1. Client（如上文提及的A进程），程序操作如下：

1. Open binder驱动(涉及进程间的通信都需要open)
2. 获取服务
   a) 向servicemanager查询服务
   b) 获得一个handle(句柄)
3. 向handle发数据

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2. ServiceManager（一个特殊的service，告诉A如何找到B），程序操作如下：

1. Open binder驱动
2. 告诉binder驱动程序，它是ServiceManager
3. While循环，读驱动获取数据，解析数据，调用下面两个函数
   a) Server注册服务（在链表中记录服务名）
   b) Client获取服务
   i. 在链表中查询有无服务
   ii. 返回server进程的handle

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3. Server（上文提及的B进程），程序操作如下：

1. Open binder 驱动
2. 注册服务
   a) 向servicemanager发送服务名
3. While循环，读驱动，解析数据，调用对应的函数

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4. Binder（上面三部分的通信通过binder驱动实现）

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下面用系统自带的binder程序来理解整个调用过程，代码是使用C语言来实现的，它在系统文件中的目录如下：

android\frameworks\native\cmds\servicemanager\

调用过程分析只涉及下面三个文件：

service_manager.c
bctest.c（半成品，可以根据它写出我们的Client和Server程序）
binder.c（封装好的C库）

上面三个文件整个调用过程对应的源码简析如下：

**************************************  service_manager.c  **************************************
a. binder_open
b. binder_become_context_manager
c. binder_loop(bs, svcmgr_handler);
   c.1 res = ioctl(bs->fd, BINDER_WRITE_READ, &bwr);
   c.2 binder_parse
          // 解析
          // 处理  : svcmgr_handler
                       SVC_MGR_GET_SERVICE/SVC_MGR_CHECK_SERVICE : 获取服务
                       SVC_MGR_ADD_SERVICE : 注册服务          
          // 回复

*******************************************  bctest.c  *******************************************
注册服务的过程:

a. binder_open
b. binder_call (bs, &msg, &reply, 0, SVC_MGR_ADD_SERVICE)
// bs: 打开的device的binder fd                   
// msg: 含有服务的名字
// reply: 它会含有servicemanager回复的数据 
// 0: 表示servicemanager
// SVC_MGR_ADD_SERVICE(code): 表示要调用servicemanager中的"addservice函数"



获取服务的过程:

a. binder_open
b. binder_call(bs, &msg, &reply, target, SVC_MGR_CHECK_SERVICE)
// bs: 打开的device的binder fd                   
// msg: 含有服务的名字，表示要获得哪一个名字
// reply: 它会含有servicemanager回复的数据, 表示提供服务的进程
// target ：里面是0，表示servicemanager
// SVC_MGR_CHECK_SERVICE(code): 表示要调用servicemanager中的"checkservice函数"

*******************************************  binder.c  *******************************************
binder_call：远程调用
int binder_call(struct binder_state *bs,
                struct binder_io *msg, struct binder_io *reply,
                uint32_t target, uint32_t code)

//target ：向谁发数据
//code：调用哪个函数
//msg：提供什么参数
//reply：返回值

binder_call最终会构造一个binder_write_read结构体，然后调用ioctl发送出去

struct binder_write_read {
    binder_size_t       write_size; /* bytes to write */
    binder_size_t       write_consumed; /* bytes consumed by driver */
    binder_uintptr_t    write_buffer;
    binder_size_t       read_size;  /* bytes to read */
    binder_size_t       read_consumed;  /* bytes consumed by driver */
    binder_uintptr_t    read_buffer;
};

Read_buffer里面调用binder_transaction_data(形参里面有code和用户构造的参数)，根据code可以决定调用什么函数

如何使用binder进行数据传输：

1.  构造参数：一般放在buf里面，有个结构体叫binder_io来描述

2.  调用ioctl来发数据
res = ioctl(bs->fd, BINDER_WRITE_READ, &bwr);

3.  Ioctl不仅能发数据，也可以收数据，收到一个binder_write_read结构体数据，需要转换为binder_io(即将收到的数据构造成一个binder_io)

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怎么写APP：

1. client
   a) binder_open
   b) 获得服务：handle
   c) 构造参数：binder_io
   d) 调用binder_call函数，形参中包含：handle(发给哪个进程)，code(想调用进程的哪个函数)，binder_io(发送的参数)
   e) binder_call会返回binder_io，取出返回值
2. server
   a) binder_open
   b) 注册服务
   c) ioctl(这里会读到client发来的数据，会读到handle,code, binder_io这些参数)
   d) 解析数据得出code和参数
   binder_write_read. read_buffer->binder_transaction_data->code 和 参数，这个参数会转换为binder_io
   e) 根据code，决定调用哪个函数，从binder_io取出参数，这个参数是传给调用的那个函数的
   f) 把返回值再次转换为binder_io发给client，client就可以从binder_call得到这个binder_io了

下一章会具体实现编写代码的过程