Android10 Binder机制1-原理简述

一、概述

1.1 Binder架构

Android内核基于Linux系统，而Linux系统进程间通信方式有很多，如管道，共享内存，信号，信号量，消息队列，套接字。而Android为什么要用binder进行进程间的通信，主要是从以下几个方面考虑的。

（1）从性能的角度数据拷贝次数

Binder数据拷贝只需要一次，而管道，消息队列，Socket都需要二次，但共享内存连一次拷贝都不需要；从性能角度看，Binder性能仅次于共享内存。

（2）从稳定性的角度

Binder基于C/S架构，Server端和Client端相对独立，稳定性较好，而共享内存实现方式复杂，需要考虑到同步并发的问题。从稳定性方面，Binder架构优于共享内存。

（3）从安全的角度

传统Linux进程间通信无法获取对方进程可靠的UID/PID，无法鉴别对方身份；而Android为每个应用程序分配UID，Android系统中对外只暴露Client端，Client端将任务发送给Server端，Server端会根据权限控制策略，判断UID/PID是否满足访问权限。

（4）从语言层面的角度

Linux是基于C语言，而Android是基于Java语言，Binder符合面向对象的思想，Binder将进程间通信转化为通过对某个Binder对象的引用调用该对象的方法。Binder对象作为一个可以跨进程引用的对象，它的实体位于一个进程中，而它的引用却可以在系统的每个进程之中。

（5）从公司战略的角度

Linux内核源码许可基于GPL协议，为了避免遵循GPL协议，就不能在应用层调用底层kernel，Binder基于开源的OpenBinder实现，作者在Google工作，OpenBinder用Apache-2.0协议保护。

Binder架构采用分层架构设计，每一层都有不同的功能。

分层的架构设计主要特点如下：

• 层与层具有独立性；
• 设计灵活，层与层之间都定义好接口，接口不变就不会有影响；
• 结构的解耦合，让每一层可以用适合自己的技术方案和语言；
• 方便维护，可分层调试和定位问题

Binder架构分成四层，应用层，Framework层，Native层和内核层

应用层：Java应用层通过调用IActivityManager.bindService,经过层层调用到AMS.bindService；

Framework层：Jave IPC Binder通信采用C/S架构，在Framework层实现BinderProxy和Binder;

Native层：Native IPC，在Native层的C/S架构，实现了BpBinder和BBinder(JavaBBinder);

Kernel层：Binder驱动，运行在内核空间，可共享。其它三层是在用户空间，不可共享。

Android系统中，每个应用程序是由Android的Activity，Service，Broadcast，ContentProvider这四剑客的中一个或多个组合而成，这四剑客所涉及的多进程间的通信底层都是依赖于Binder IPC机制。例如当进程A中的Activity要向进程B中的Service通信，这便需要依赖于Binder IPC。不仅于此，整个Android系统架构中，大量采用了Binder机制作为IPC（进程间通信）方案，当然也存在部分其他的IPC方式，比如Zygote通信便是采用socket。

Binder作为Android系统提供的一种IPC机制，无论从事系统开发还是应用开发，都应该有所了解，这是Android系统中最重要的组成，也是最难理解的一块知识点，错综复杂。要深入了解Binder机制，最好的方法便是阅读源码，

二、 Binder

2.1 IPC原理

从进程角度来看IPC机制

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。对应一个4GB的虚拟地址空间，其中3GB是用户空间，1GB是内核空间，当然内核空间的大小是可以通过参数配置调整的。对于用户空间，不同进程之间彼此是不能共享的，而内核空间却是可共享的。Client进程向Server进程通信，恰恰是利用进程间可共享的内核内存空间来完成底层通信工作的，Client端与Server端进程往往采用ioctl等方法跟内核空间的驱动进行交互。

2.2 Binder原理

Binder通信采用C/S架构，从组件视角来说，包含Client、Server、ServiceManager以及binder驱动，其中ServiceManager用于管理系统中的各种服务。架构图如下所示：

可以看出无论是注册服务和获取服务的过程都需要ServiceManager，需要注意的是此处的Service Manager是指Native层的ServiceManager（C++），并非指framework层的ServiceManager(Java)。ServiceManager是整个Binder通信机制的大管家，是Android进程间通信机制Binder的守护进程，要掌握Binder机制，首先需要了解系统是如何启动Service Manager。当Service Manager启动之后，Client端和Server端通信时都需要先获取Service Manager接口，才能开始通信服务。

图中Client/Server/ServiceManage之间的相互通信都是基于Binder机制。既然基于Binder机制通信，那么同样也是C/S架构，则图中的3大步骤都有相应的Client端与Server端。

1. 注册服务(addService)：Server进程要先注册Service到ServiceManager。该过程：Server是客户端，ServiceManager是服务端。
2. 获取服务(getService)：Client进程使用某个Service前，须先向ServiceManager中获取相应的Service。该过程：Client是客户端，ServiceManager是服务端。
3. 使用服务：Client根据得到的Service信息建立与Service所在的Server进程通信的通路，然后就可以直接与Service交互。该过程：client是客户端，server是服务端。

图中的Client,Server,Service Manager之间交互都是虚线表示，是由于它们彼此之间不是直接交互的，而是都通过与Binder驱动进行交互的，从而实现IPC通信方式。其中Binder驱动位于内核空间，Client,Server,Service Manager位于用户空间。Binder驱动和Service Manager可以看做是Android平台的基础架构，而Client和Server是Android的应用层，开发人员只需自定义实现client、Server端，借助Android的基本平台架构便可以直接进行IPC通信。

2.3 C/S模式

BpBinder(客户端)和BBinder(服务端)都是Android中Binder通信相关的代表，它们都从IBinder类中派生而来，关系图如下：

• client端：BpBinder.transact()来发送事务请求；
• server端：BBinder.onTransact()会接收到相应事务。

在后续的Binder源码分析过程中所涉及的源码，会有部分的精简，主要是去掉所有log输出语句，已减少代码篇幅过于长

三. 源码目录

从上之下, 整个Binder架构所涉及的总共有以下5个目录:

/framework/base/core/java/               (Java)
/framework/base/core/jni/                (JNI)
/framework/native/libs/binder            (Native)
/framework/native/cmds/servicemanager/   (Native)
/kernel/drivers/android                  (Driver)

3.1 Java framework

/framework/base/core/java/android/os/  
    - IInterface.java
    - IBinder.java
    - Parcel.java
    - IServiceManager.java
    - ServiceManager.java
    - ServiceManagerNative.java
    - Binder.java  


/framework/base/core/jni/    
    - android_os_Parcel.cpp
    - AndroidRuntime.cpp
    - android_util_Binder.cpp (核心类)

3.2 Native framework

/framework/native/libs/binder         
    - IServiceManager.cpp
    - BpBinder.cpp
    - Binder.cpp
    - IPCThreadState.cpp (核心类)
    - ProcessState.cpp  (核心类)

/framework/native/include/binder/
    - IServiceManager.h
    - IInterface.h

/framework/native/cmds/servicemanager/
    - service_manager.c
    - binder.c

3.3 Kernel

/kernel/drivers/android/
    - binder.c
    - uapi/binder.h

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