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Binder机制1---Binder原理介绍

2024-07-25 10:39:57   218人阅读

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1.Binder通信机制介绍

这篇文章会先对照Binder机制与Linux的通信机制的区别，了解为什么Android会另起炉灶，採用Binder。接着，会依据Binder的机制，去理解什么是Service Manager，在C/S模型中扮演什么角色。最后，会从一次完整的通信活动中，去理解Binder通信的过程。

1.1 Android与Linux通信机制的比較

尽管Android继承使用Linux的内核，但Linux与Android的通信机制不同。

在Linux中使用的IPC通信机制例如以下：

  1. 传统IPC：无名pipe, signal, trace, 有名管道
  2. AT&T Unix 系统V：共享内存，信号灯，消息队列
  3. BSD Unix：Socket

而在Android中，并没有使用这些，取而代之的是Binder机制。Binder机制是採用OpenBinder演化而来，在Android中使用它的原因例如以下：

  1. 採用C/S的通信模式。而在linux通信机制中，眼下仅仅有socket支持C/S的通信模式，但socket有其劣势，详细參看第二条。
  2. 有更好的传输性能。对照于Linux的通信机制，
    • socket：是一个通用接口，导致其传输效率低，开销大；
    • 管道和消息队列：由于採用存储转发方式，所以至少须要拷贝2次数据，效率低；
    • 共享内存：尽管在传输时没有拷贝数据，但其控制机制复杂（比方跨进程通信时，需获取对方进程的pid，得多种机制协同操作）。
  3. 安全性更高。Linux的IPC机制在本身的实现中，并没有安全措施，得依赖上层协议来进行安全控制。而Binder机制的UID/PID是由Binder机制本身在内核空间加入身份标识，安全性高；而且Binder能够建立私有通道，这是linux的通信机制所无法实现的（Linux訪问的接入点是开放的）。

综上所述，Android採用Binder机制是有道理的。既然Binder机制这么多长处，那么我们接下来看看它是如何通过C/S模型来实现的。

1.2 Binder在Service服务中的作用

在android中，有非常多Service都是通过binder来通信的,比方MediaServer旗下包括了众多service：

  •     AudioFlinger 音频核心服务
  •     AudioPolicyService：音频策略相关的重要服务
  •     MediaPlayerService：多媒体系统中的重要服务
  •     CameraService：有关摄像/照相的重要服务

Binder在C/S中的流程例如以下：


  1. Server注冊服务。Server作为众多Service的拥有者，当它想向Client提供服务时，得先去Service Manager（以后缩写成SM）那儿注冊自己的服务。Server能够向SM注冊一个或多个服务。
  2. Client申请服务。Client作为Service的使用者，当它想使用服务时，得向SM申请自己所须要的服务。Client能够申请一个或多个服务。
  3. 当Client申请服务成功后，Client就能够使用服务了。
SM一方面管理Server所提供的服务，同一时候又响应Client的请求并为之分配对应的服务。扮演的角色相当于月老，两边牵线。这样的通信方式的优点是：一方面，service和Client请求便于管理，还有一方面在应用程序开发时，仅仅需为Client建立到Server的连接，就可花非常少时间和精力去实现Server对应功能。那么，Binder与这个通信模式有什么关系呢？！事实上，3者的通信方式就是Binder机制（比如：Server向SM注冊服务，使用Binder通信；Client申请请求，用的是Binder通讯）

1.3 Binder通信机制流程(总体框架)


上图即是Binder的通信模型。我们能够发现：

  1. Client和Server是存在于用户空间
  2. Client与Server通信的实现，是由Binder驱动在内核空间实现
  3. SM作为守护进程，处理client请求，管理全部服务项。

为了方便理解，我们能够把SM理解成DNSserver; 那么Binder Driver 就相当于路由的功能。这里就涉及到Client和Server是怎样通信的问题。以下对1.2中提到的3个流程进行说明。

1.3.1 Server向SM注冊服务


  1. 首先，XXXServer(XXX代表某个)在自己的进程中向Binder驱动申请创建一个XXXService的Binder的实体，
  2. Binder驱动为这个XXXService创建位于内核中的Binder实体节点以及Binder的引用，注意，是将名字和新建的引用打包传递给SM（实体没有传给SM），通知SM注冊一个名叫XXX的Service。
  3. SM收到数据包后，从中取出XXXService名字和引用，填入一张查找表中。
  4. 此时，假设有Client向SM发送申请服务XXXService的请求，那么SM就能够在查找表中找到该Service的Binder引用，并把Binder引用(XXXBpBinder)返回给Client。

在进一步了解Binder通信机制之前，我们先弄清几个概念。

  1. 引用和实体。这里，对于一个用于通信的实体（能够理解成具有真实空间的Object），能够有多个该实体的引用（没有真实空间，能够理解成实体的一个链接，操作引用就会操作相应链接上的实体）。假设一个进程持有某个实体，其它进程也想操作该实体，最高效的做法是去获得该实体的引用，再去操作这个引用。
  2. 有些资料把实体称为本地对象，引用成为远程对象。能够这么理解：引用是从本地进程发送给其它进程来操作实体之用，所以有本地和远程对象之名。

1.3.2 一个问题-怎样获得SM的远程接口

假设你足够细心，会发现这里有一个问题：

Sm和Server都是进程，Server向SM注冊Binder须要进程间通信，当前实现的是进程间通信却又用到进程间通信。这就好比鸡生蛋、蛋生鸡，但至少得先有当中之中的一个。

巧妙的Binder解决思路：

针对Binder的通信机制，Server端拥有的是Binder的实体；Client端拥有的是Binder的引用。
假设把SM看作Server端，让它在Binder驱动一执行起来时就有自己的Binder实体（代码中设置ServiceManager的Binder其handle值恒为0）。这个Binder实体没有名字也不须要注冊，全部的client都觉得handle值为0的binder引用是用来与SM通信的（代码中是这么实现的），那么这个问题就攻克了。那么，Client和Server中这么达成协议了（handle值为0的引用是专门与SM通信之用的），还不行，还须要让SM有handle值为0的实体才算大功告成。怎么实现的呢？！当一个进程调用Binder驱动时，使用BINDER_SET_CONTEXT_MGR命令（在驱动的binder_ioctl中）将自己注冊成SM时，Binder驱动会自己主动为它创建Binder实体。这个Binder的引用对全部的Client都为0。


1.3.3 Client从SM获得Service的远程接口


Server向SM注冊了Binder实体及其名字后，Client就能够通过Service的名字在SM的查找表中获得该Binder的引用了（BpBinder）。Client也利用保留的handle值为0的引用向SM请求訪问某个Service：我申请訪问XXXService的引用。SM就会从请求数据包中获得XXXService的名字，在查找表中找到该名字相应的条目，取出Binder的引用打包回复给client。之后，Client就能够利用XXXService的引用使用XXXService的服务了。
假设有很多其它的Client请求该Service，系统中就会有很多其它的Client获得这个引用。

1.3.4 建立C/S通路后

首先要理清一个概念：client拥有自己Binder的实体，以及Server的Binder的引用；Server拥有自己Binder的实体，以及Client的Binder的引用。我们也能够从接收方和发送方的方式来理解：

  • 从client向Server发数据：Client为发送方，拥有Binder的实体；Server为接收方，拥有Binder的引用
  • 从server向client发数据：Server为发送方，拥有Binder的实体；client为接收方，拥有Binder的引用。

也就是说，我们在建立了C/S通路后，无需考虑谁是Client谁是Server，仅仅要理清谁是发送方谁是接收方，就能知道Binder的实体和引用在哪边。


建立CS通路后的流程：（当接收方获得Binder的实体，发送方获得Binder的引用后）

  1. 发送方会通过Binder实体请求发送操作。
  2. Binder驱动会处理这个操作请求,把发送方的数据放入写缓存(binder_write_read.write_buffer) (对于接收方为读缓冲区)，并把read_size(接收方读数据)置为数据大小（对于详细的实现后面会介绍）；
  3. 接收方之前一直在堵塞状态中，当写缓存中有数据，则会读取数据，运行命令操作
  4. 接收方运行完后，会把返回结果相同用binder_transaction_data结构体封装，写入写缓冲区（对于发送方，为读缓冲区）

1.3.5 匿名Binder

之前在介绍Android使用Binder机制的长处中，提到Binder能够建立点对点的私有通道，匿名Binder就是这样的方式。在Binder通信中，并非全部用来通信的Binder实体都须要注冊给SM广而告之的，Server能够通过已建立的实体Binder连接将创建的Binder实体传给Client。而这个Binder没有向SM注冊名字。这样Server与Client的通信就有非常高的隐私性和安全性。

这样，整个Binder的通信流程就介绍完成了，可是对于详细的代码实现（比方binder_transaction_data是什么？binder_write_read.write_buffer又是什么？详细的驱动和逻辑实现又是怎么样？），在后面章节中会一一介绍。

几点疑问：
1. 是谁，怎么样成为SM守护进程，handle为0的binder实体什么时候创建？
2.  binder引用和实体是怎样创建的？在驱动中怎样实现的通信？
3. 在SM中，binder实体是如何转换成为引用的？
4. Server是怎样注冊服务，Client是怎样获取服务的？

读完兴许文章就会知道答案了！

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