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Android中Binder IPC機(jī)制介紹

 更新時間:2021年12月31日 10:45:47   作者:做安卓的小弟  
大家好,本篇文章主要講的是Android中Binder IPC機(jī)制介紹,感興趣的同學(xué)趕快來看一看吧,對你有幫助的話記得收藏一下,方便下次瀏覽

前言

記得剛開始做Andorid那會,面試時最怕被問到Binder,就感覺戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢不知道從什么地方說起,導(dǎo)致后來一直有一種恐懼感。當(dāng)然現(xiàn)在沒有這種感覺了,但是這塊知識點(diǎn)一直模模糊糊的,最近在學(xué)Andorid framework課程,借此機(jī)會簡單總結(jié)下其中Binder相關(guān)知識點(diǎn)。

一、Binder是什么?

Binder是Android中一種進(jìn)程間通信機(jī)制。我們平時使用的Activity、Service、Broadcast Receive等組件之間的通信,以及組件與系統(tǒng)層的AMS、PMS等服務(wù)間的通信,都是基于Binder的進(jìn)程間通信機(jī)制來實(shí)現(xiàn)的,相當(dāng)于是Android中的血管,可見Binder機(jī)制在Android中非常重要。這里要知道的是,Zygote進(jìn)程的IPC采用的是Socket機(jī)制,因?yàn)檫@時Binder還未初始化。

從代碼層面來說,Binder是一個能發(fā)起通信的Java類。AIDL中Stub類即繼承自Binder,具有跨進(jìn)程的能力。

Binder是一個虛擬的物理設(shè)備驅(qū)動,提供跨進(jìn)程的能力。

二、為什么要使用Binder

Android系統(tǒng)的基礎(chǔ)是Linux內(nèi)核,而Linux中實(shí)現(xiàn)IPC的機(jī)制有管道、消息隊(duì)列、共享內(nèi)存、Socket、信號量、信號這些,為什么Android還要另起爐灶呢?主要是性能、安全、易用性等方面的原因。

性能上來說數(shù)據(jù)拷貝次數(shù)越少越好,什么是拷貝下文再介紹。傳統(tǒng)IPC機(jī)制(Socket、管道、消息隊(duì)列等)都是拷貝兩次,共享內(nèi)存雖然無需拷貝,但會有安全、死鎖、易用性差等問題,Binder只需拷貝一次,因此性能僅次于共享內(nèi)存優(yōu)于Socket。

安全性上來說Binder會為每個APP分配唯一的UID,Binder根據(jù)UID可以找到對應(yīng)APP,傳統(tǒng)IPC依賴上層協(xié)議是不安全的,無法獲得對方的UID從而不能鑒別身份。傳統(tǒng)IPC訪問接入點(diǎn)是開放的,相當(dāng)于誰都可以訪問;Binder既有實(shí)名服務(wù)又有匿名服務(wù),實(shí)名就跟傳統(tǒng)IPC一樣,誰都可以訪問,AMS、WMS都是實(shí)名服務(wù),匿名類似于打滴滴,用戶直接聯(lián)系不到司機(jī),需要通過滴滴(系統(tǒng))平臺拿到司機(jī)號碼,通過系統(tǒng)拿到服務(wù)的代理對象,再通過代理對象找到服務(wù)。Binder實(shí)名和匿名區(qū)別在于有沒有在ServiceManager注冊,注冊了即為實(shí)名,沒注冊稱為匿名,我們自己使用AIDL等方式一般為匿名。

幾種IPC機(jī)制對比

Binder 共享內(nèi)存 Socket
性能 一次拷貝 無需拷貝 兩次拷貝
特點(diǎn)

基于C/S架構(gòu),

易用性高

控制復(fù)雜,

易用性差

傳輸效率低,

開銷大

安全性

為每個APP分配UID,

同時支持實(shí)名和匿名

依賴上層協(xié)議,

訪問接入點(diǎn)是開放的

不安全

依賴上層協(xié)議,

訪問接入點(diǎn)是開放的

不安全

三、IPC機(jī)制原理

傳統(tǒng)IPC機(jī)制如何實(shí)現(xiàn)跨進(jìn)程通信

一個進(jìn)程中的內(nèi)存被操作系統(tǒng)分為用戶空間(用戶態(tài))和內(nèi)核空間(內(nèi)核態(tài)),用戶空間是用戶程序代碼運(yùn)行的地方,內(nèi)核空間是系統(tǒng)內(nèi)核代碼運(yùn)行的地方,為了保護(hù)用戶不能直接操作內(nèi)核,兩者是隔離的,用戶空間可以申請系統(tǒng)調(diào)用來傳遞數(shù)據(jù),從用戶空間拷貝到內(nèi)核空間通過copy_from_user函數(shù)(內(nèi)核態(tài)), 從內(nèi)核空間拷貝到用戶空間通過copy_to_user函數(shù)(用戶態(tài)),用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)之間轉(zhuǎn)換有一個上下文切換非常消耗時間。

數(shù)據(jù)拷貝,指的就是copy_from_user或copy_to_user調(diào)用了幾次系統(tǒng)調(diào)用(syscall)。

虛擬內(nèi)存和物理內(nèi)存(內(nèi)存條)關(guān)系,虛擬內(nèi)存通過內(nèi)存管理單元(MMU管理映射)映射到物理內(nèi)存。所有進(jìn)程內(nèi)核空間映射到同一塊物理內(nèi)存(內(nèi)存共享),每個用戶空間則映射到不同的物理內(nèi)存。

傳統(tǒng)IPC機(jī)制兩次拷貝:調(diào)用一次系統(tǒng)調(diào)用將數(shù)據(jù)從用戶空間拷貝到內(nèi)核空間,然后通過copy_to_user將數(shù)據(jù)從內(nèi)核空間拷貝到另一進(jìn)程的用戶空間,完成進(jìn)程間通信,如下圖所示

Binder IPC機(jī)制原理

傳統(tǒng)IPC機(jī)制需要兩次拷貝,而Binder IPC只需一次拷貝,如何實(shí)現(xiàn)的?

內(nèi)存映射(mmap):Linux通過將一個虛擬內(nèi)存區(qū)域與一個磁盤上的對象關(guān)聯(lián)起來,以初始化這個虛擬內(nèi)存區(qū)域的內(nèi)容,這個過程稱為內(nèi)存映射(memory mapping)。

實(shí)現(xiàn)映射關(guān)系后,就可以采用指針的方式讀寫操作這一段內(nèi)存,而系統(tǒng)會自動回寫到對應(yīng)的文件磁盤上。

Binder就是通過內(nèi)存映射發(fā)送端內(nèi)核空間接收端用戶空間指向同一塊物理內(nèi)存,這樣就可以共享這塊內(nèi)存,當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送端通過系統(tǒng)調(diào)用將數(shù)據(jù)copy到內(nèi)核空間,因此也就相當(dāng)于把數(shù)據(jù)發(fā)送到了接收端的用戶空間,這樣就只有發(fā)送端的一次系統(tǒng)調(diào)用,所以只有一次拷貝,如下圖所示:

小結(jié)

Binder基于C/S架構(gòu),安全性好,易用性高,在Android中的位置非常重要。Binder里的知識點(diǎn)相當(dāng)復(fù)雜,本文只是對一些概念的粗淺理解,如有不足的地方歡迎評論交流。如果覺得文章還不錯的話,點(diǎn)擊下方鏈接給我投個票吧,十分感謝!

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