Binder機制 · Android 開發知識技能點指南

#Binder機制 --- 首先Binder是Android系統進程間通信(IPC)方式之一。 Binder使用Client－Server通信方式。Binder框架定義了四個角色：Server,Client,ServiceManager以及Binder驅動。其中Server,Client,ServiceManager運行于用戶空間，驅動運行于內核空間。Binder驅動程序提供設備文件/dev/binder與用戶空間交互，Client、Server和Service Manager通過open和ioctl文件操作函數與Binder驅動程序進行通信。 Server創建了Binder實體，為其取一個字符形式，可讀易記的名字，將這個Binder連同名字以數據包的形式通過Binder驅動發送給ServiceManager，通知ServiceManager注冊一個名字為XX的Binder，它位于Server中。驅動為這個穿過進程邊界的Binder創建位于內核中的實體結點以及ServiceManager對實體的引用，將名字以及新建的引用打包給ServiceManager。ServiceManager收數據包后，從中取出名字和引用填入一張查找表中。但是一個Server若向ServiceManager注冊自己Binder就必須通過0這個引用和ServiceManager的Binder通信。Server向ServiceManager注冊了Binder實體及其名字后，Client就可以通過名字獲得該Binder的引用了。Clent也利用保留的0號引用向ServiceManager請求訪問某個Binder：我申請名字叫XX的Binder的引用。ServiceManager收到這個連接請求，從請求數據包里獲得Binder的名字，在查找表里找到該名字對應的條目，從條目中取出Binder引用，將該引用作為回復發送給發起請求的Client。當然，不是所有的Binder都需要注冊給ServiceManager廣而告之的。Server端可以通過已經建立的Binder連接將創建的Binder實體傳給Client，當然這條已經建立的Binder連接必須是通過實名Binder實現。由于這個Binder沒有向ServiceManager注冊名字，所以是匿名Binder。Client將會收到這個匿名Binder的引用，通過這個引用向位于Server中的實體發送請求。匿名Binder為通信雙方建立一條私密通道，只要Server沒有把匿名Binder發給別的進程，別的進程就無法通過窮舉或猜測等任何方式獲得該Binder的引用，向該Binder發送請求。 --- ###為什么Binder只進行了一次數據拷貝？ Linux內核實際上沒有從一個用戶空間到另一個用戶空間直接拷貝的函數，需要先用copy_from_user()拷貝到內核空間，再用copy_to_user()拷貝到另一個用戶空間。為了實現用戶空間到用戶空間的拷貝，mmap()分配的內存除了映射進了接收方進程里，還映射進了內核空間。所以調用copy_from_user()將數據拷貝進內核空間也相當于拷貝進了接收方的用戶空間，這就是Binder只需一次拷貝的‘秘密’。最底層的是Android的ashmen(Anonymous shared memory)機制，它負責輔助實現內存的分配，以及跨進程所需要的內存共享。AIDL(android interface definition language)對Binder的使用進行了封裝，可以讓開發者方便的進行方法的遠程調用，后面會詳細介紹。Intent是最高一層的抽象，方便開發者進行常用的跨進程調用。從英文字面上意思看，Binder具有粘結劑的意思那么它是把什么東西粘接在一起呢？在Android系統的Binder機制中，由一系統組件組成，分別是Client、Server、Service Manager和Binder驅動，其中Client、Server、Service Manager運行在用戶空間，Binder驅動程序運行內核空間。Binder就是一種把這四個組件粘合在一起的粘連劑了，其中，核心組件便是Binder驅動程序了，ServiceManager提供了輔助管理的功能，Client和Server正是Binder驅動和ServiceManager提供的基礎設施上，進行Client-Server之間的通信。 1. Client、Server和ServiceManager實現在用戶空間中，Binder驅動實現在內核空間中 2. Binder驅動程序和ServiceManager在Android平臺中已經實現，開發者只需要在用戶空間實現自己的Client和Server 3. Binder驅動程序提供設備文件/dev/binder與用戶空間交互，Client、Server和ServiceManager通過open和ioctl文件操作函數與Binder驅動程序進行通信 4. Client和Server之間的進程間通信通過Binder驅動程序間接實現 5. ServiceManager是一個守護進程，用來管理Server，并向Client提供查詢Server接口的能力服務器端：一個Binder服務器就是一個Binder類的對象。當創建一個Binder對象后，內部就會開啟一個線程，這個線程用戶接收binder驅動發送的消息，收到消息后，會執行相關的服務代碼。 Binder驅動：當服務端成功創建一個Binder對象后，Binder驅動也會相應創建一個mRemote對象，該對象的類型也是Binder類，客戶就可以借助這個mRemote對象來訪問遠程服務。客戶端：客戶端要想訪問Binder的遠程服務，就必須獲取遠程服務的Binder對象在binder驅動層對應的binder驅動層對應的mRemote引用。當獲取到mRemote對象的引用后，就可以調用相應Binde對象的服務了。在這里我們可以看到，客戶是通過Binder驅動來調用服務端的相關服務。首先，在服務端創建一個Binder對象，接著客戶端通過獲取Binder驅動中Binder對象的引用來調用服務端的服務。在Binder機制中正是借著Binder驅動將不同進程間的組件bind(粘連)在一起，實現通信。 mmap將一個文件或者其他對象映射進內存。文件被映射進內存。文件被映射到多個頁上，如果文件的大小不是所有頁的大小之和，最后一個頁不被使用的空間將會凋零。munmap執行相反的操作，刪除特定地址區域的對象映射。當使用mmap映射文件到進程后，就可以直接操作這段虛擬地址進行文件的讀寫等操作，不必再調用read,write等系統調用。但需注意，直接對該段內存寫時不會寫入超過當前文件大小的內容。使用共享內存通信的一個顯而易見的好處是效率高，因為進程可以直接讀寫內存，而不需要任何數據的拷貝。對于像管道和消息隊列等通信方式，則需要在內核和用戶空間進行四次的數據拷貝，而共享內存則只拷貝兩次內存數據：一次從輸入文件到共享內存區，另一次從共享內存到輸出文件。實際上，進程之間在共享內存時，并不總是讀寫少量數據后就解除映射，有新的通信時，再重新建立共享內存區域，而是保持共享區域，直到通信完成為止，這樣，數據內容一直保存在共享內存中，并沒有寫回文件。共享內存中的內容往往是在解除內存映射時才寫回文件的。因此，采用共享內存的通信方式效率是非常高的。 aidl主要就幫助了我們完成了包裝數據和解包的過程，并調用了transact過程，而用來傳遞的數據包我們就稱為parcel AIDL:xxx.aidl -> xxx.java ,注冊service 1. 用aidl定義需要被調用方法接口 2. 實現這些方法 3. 調用這些方法