android 系统进程间通信 Binder

Binder是Android系统进程间通信（IPC）方式之一。 android 系统基于linux，目前linux支持的IPC包括传统的管道，System V IPC，即消息队列/共享内存/信号量，以及socket等。那么android系统也支持这些传统的进程间通信方式，为什么android系统还要单独开发一套使用Binder来进行通信呢？
主要有如下两个方面：
1, 性能角度
由于在移动设备诸如省电等性能的考虑，广泛地使用进程间通讯对于通信机制的性能有严格的要求，Binder相对于传统的Socket、管道方式更加高效。Bidner数据拷贝只需要一次，而管道、消息队列、Socket都需要2次，内存共享方式一次内存拷贝都不需要，但是实现起来难度高，复杂性大。
2,稳定性角度
传统的进程通信方式对于通信双方的身份并没有做出严格的验证，比如Socket通信ip地址是客户端手动填入，很容易进行伪造，而Binder机制从协议本身就支持对通信双方做身份校检，因而大大提升了安全性。
在讲解Binder之前先简单介绍一下有关进程方面的基础知识点：
进程空间分配
一个进程空间分为 用户空间 & 内核空间（Kernel），即把进程内 用户 & 内核 隔离开来
二者区别：
1. 进程间，用户空间的数据不可共享，所以用户空间 = 不可共享空间
2. 进程间，内核空间的数据可共享，所以内核空间 = 可共享空间
进程内 用户 与 内核 进行交互 称为系统调用(ioctl方法)

进程隔离
为了保证 安全性 & 独立性，一个进程 不能直接操作或者访问另一个进程，即Android的进程是相互独立、隔离的。
跨进程通信（ IPC ）
1，隔离后，由于某些需求，进程间 需要合作 / 交互。
2，跨进程间通信的原理
先通过 进程间 的内核空间进行 数据交互
再通过 进程内 的用户空间 & 内核空间进行 数据交互，从而实现 进程间的用户空间 的数据交互，而Binder，就是充当 连接 两个进程（内核空间）的通道。

Binder 通信模型（C/S框架）
Binder框架定义了四个角色：Server，Client，ServiceManager以及Binder驱动。Binder驱动 & Service Manager进程 属于 Android基础架构（即系统已经实现好了）；而Client 进程 和 Server 进程 属于Android应用层（需要开发者自己实现）。
ServiceManger（SM）：负责注册管理所有的Server，并为Client提供查询Server的功能，SM更像是Server和Client中间的一个中介。而SM、Server、Client这三个组件都是运行在各自独立的进程中的。所以这三者之间进行的通信也是进程间的通信，而且也是采用的Binder机制来进行进程间通信的。在这个通信的过程中，SM除了要管理各种Server，同时自己也充当着Server的角色。
Server： Server通过SM的远程接口，将自己的Service注册到SM中，然后将Service启动起来，同时会启动Binder线程池，等待客户端请求。提供服务的进程。
Client： Client通过SM的远程接口，获取到在SM中相对应的远程Service进行通信。使用服务的进程。
Binder驱动： Binder驱动是整个Binder通信机制的核心，进程间的数据交换就是通过它来完成的。如果Client要将数据传递给Server，正常情况下，Client把数据从自己的进程空间拷贝到内核空间，然后在从内核空间拷贝到Server的进程空间，这样Server就拿到了Client传递的数据，但是这个过程进行了两次内存拷贝。而通过Binder驱动，同一个物理页面，一方面映射到进程虚拟地址空间，另一方面又映射到内核虚拟地址空间。这样，只需要Client把要传递的数据拷贝到内核空间中，然后将拷贝到内核空间的数据同时映射到Server进程虚拟地址空间和内核虚拟地址空间，这样Server和内核就可以共享该数据了，一次内存拷贝就可以了。

Binder架构同tcp/ip一样也是采用分层架构设计, 每一层都有其不同的功能:

Java应用层: 对于上层应用通过调用AMP.startService, 完全可以不用关心底层,经过层层调用,最终必然会调用到AMS.startService.
Java IPC层: Binder通信是采用C/S架构, Android系统的基础架构便已设计好Binder在Java framework层的Binder客户类BinderProxy和服务类Binder;
Native IPC层: 对于Native层,如果需要直接使用Binder(比如media相关), 则可以直接使用BpBinder和BBinder(当然这里还有JavaBBinder)即可, 对于上一层Java IPC的通信也是基于这个层面.
Kernel物理层: 这里是Binder Driver, 前面3层都跑在用户空间,对于用户空间的内存资源是不共享的,每个Android的进程只能运行在自己进程所拥有的虚拟地址空间, 而内核空间却是可共享的. 真正通信的核心环节还是在Binder Driver.
调用流程:

总之一次完成的通信过程可简单描叙如下：
服务端跨进程的类都要继承Binder类。我们所持有的Binder引用(即服务端的类引用)并不是实际真实的远程Binder对象，我们的引用在Binder驱动里还要做一次映射。也就是说，设备驱动根据我们的引用对象找到对应的远程进程。客户端要调用远程对象函数时，只需把数据写入到Parcel，在调用所持有的Binder引用的transact()函数，transact函数执行过程中会把参数、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驱动从Client的共享内存中读取数据，根据这些数据找到对应的远程进程的共享内存，把数据拷贝到远程进程的共享内存中，并通知远程进程执行onTransact()函数，这个函数也是属于Binder类。远程进程Binder对象执行完成后，将得到的写入自己的共享内存中，Binder驱动再将远程进程的共享内存数据拷贝到客户端的共享内存，并唤醒客户端线程。