一、Binder機(jī)制概述

在Android開發(fā)中，很多時(shí)候我們需要用到進(jìn)程間通信，所謂進(jìn)程間通信，實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信的機(jī)制有很多種，比如說socket、pipe等，Android中進(jìn)程間通信的方式主要有三種：

1.標(biāo)準(zhǔn)Linux Kernel IPC 接口；

2.標(biāo)準(zhǔn)D-BUS接口；

3.Binder接口。

其中，Binder機(jī)制是使用最且最被認(rèn)可的，因?yàn)锽inder機(jī)制有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.相對(duì)于其它IPC機(jī)制，Binder機(jī)制更加簡潔和快速；

2.消耗的內(nèi)存相對(duì)更少；

3.傳統(tǒng)的IPC機(jī)制可能會(huì)增加進(jìn)程的開銷，以及出現(xiàn)進(jìn)程過載和安全漏洞，Binder機(jī)制則有效避免和解決了這些問題。

Binder機(jī)制是Android系統(tǒng)的核心機(jī)制，幾乎貫穿于整個(gè)Android系統(tǒng)，Android系統(tǒng)基本上可以看作是一個(gè)基于binder通信機(jī)制的C/S架構(gòu)，Binder就像網(wǎng)絡(luò)，把Android系統(tǒng)的各個(gè)部分連接到了一起。利用Binder機(jī)制，可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

1.用驅(qū)動(dòng)程序來推進(jìn)進(jìn)程間通信；

2.通過共享內(nèi)存來提高性能；

3.為進(jìn)程請(qǐng)求分配每個(gè)進(jìn)程的線程池；

4.針對(duì)系統(tǒng)中的對(duì)象引入了引用計(jì)數(shù)和跨進(jìn)程的對(duì)象引用映射；

5.進(jìn)程間同步調(diào)用。

二、Binder機(jī)制的工作流程

1.客戶端獲取服務(wù)端的帶來對(duì)象（proxy）。我們需要明確的是客戶端進(jìn)程并不能直接操作服務(wù)端中的方法，如果要操作服務(wù)端中的方法，那么有一個(gè)可行的解決方法就是在客戶端建立一個(gè)服務(wù)端進(jìn)程的代理對(duì)象，這個(gè)代理對(duì)象具備和服務(wù)端進(jìn)程一樣的功能，要訪問服務(wù)端進(jìn)程中的某個(gè)方法，只需要訪問代理對(duì)象中對(duì)應(yīng)的方法即可；

2.客戶端通過調(diào)用代理對(duì)象向服務(wù)端發(fā)送請(qǐng)求。

3.代理對(duì)象將用戶請(qǐng)求通過Binder驅(qū)動(dòng)發(fā)送到服務(wù)器進(jìn)程；

4.服務(wù)端進(jìn)程處理客戶端發(fā)過來的請(qǐng)求，處理完之后通過Binder驅(qū)動(dòng)返回處理結(jié)果給客戶端的服務(wù)端代理對(duì)象；

5.代理對(duì)象將請(qǐng)求結(jié)果進(jìn)一步返回給客戶端進(jìn)程。

通過以上5個(gè)步驟，就完成了一次Binder通信。

三、Binder機(jī)制的組成

Binder機(jī)制由三部分組成，即：

1.Client;

2.Server;

3.ServiceManager。

三部分組件之間的關(guān)系:

1.Client、Server、ServiceManager均在用戶空間中實(shí)現(xiàn)，而Binder驅(qū)動(dòng)程序則是在內(nèi)核空間中實(shí)現(xiàn)的；

2.在Binder通信中，Server進(jìn)程先注冊(cè)一些Service到ServiceManager中，ServiceManager負(fù)責(zé)管理這些Service并向Client提供相關(guān)的接口；

3.Client進(jìn)程要和某一個(gè)具體的Service通信，必須先從ServiceManager中獲取該Service的相關(guān)信息，Client根據(jù)得到的Service信息與Service所在的Server進(jìn)程建立通信，之后Clent就可以與Service進(jìn)行交互了；

4.Binder驅(qū)動(dòng)程序提供設(shè)備文件/dev/binder與用戶空間進(jìn)行交互，Client、Server和ServiceManager通過open和ioctl文件操作函數(shù)與Binder驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行通信；

5.Client、Server、ServiceManager三者之間的交互都是基于Binder通信的，所以通過任意兩者這件的關(guān)系，都可以解釋Binder的機(jī)制。

四、Binder驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)簡介

1.Binder采用了AIDL來描述進(jìn)程間的接口；

2.Binder是一個(gè)特殊的字符型設(shè)備，設(shè)備節(jié)點(diǎn)為dev/binder。

3.Binder驅(qū)動(dòng)程序由以下兩個(gè)文件實(shí)現(xiàn)：

　　①kernel/drivers/staging/binder.h

　?、趉ernel/drivers/staging/binder.c

4.在Binder驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)過程中，以下函數(shù)起著關(guān)鍵作用：

　?、偈褂胋inder_ioctl()函數(shù)與用戶空間交換數(shù)據(jù)；

　?、贐INDER_WRITE_READ用來讀寫數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包中的cmd域用于區(qū)分不同的請(qǐng)求；

　?、凼褂胋inder_thread_write()函數(shù)來發(fā)送請(qǐng)求或返回結(jié)果，在binder_thread_write()函數(shù)中，通過調(diào)用binder_transaction()函數(shù)來轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求并返回結(jié)果.當(dāng)收到請(qǐng)求時(shí)，binder_transaction()函數(shù)會(huì)通過對(duì)象的handle找到對(duì)象所在的進(jìn)程，如果handle結(jié)果為空，則認(rèn)為此對(duì)象是context_mgr，然后把請(qǐng)求發(fā)給context_mgr所在的進(jìn)程，并將請(qǐng)求中所有的Binder對(duì)象放到RB樹中，最后把請(qǐng)求放到目標(biāo)進(jìn)程的隊(duì)列中以等待目標(biāo)進(jìn)程的讀取。；

　?、苁褂胋inder_thread_read()函數(shù)來讀取結(jié)果；

　?、菰诤瘮?shù)binder_parse()中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)解析工作?！　?/p>

五、Binder驅(qū)動(dòng)程序中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1.binder_work。binder_work表示在binder驅(qū)動(dòng)中進(jìn)程要處理的工作項(xiàng)。

2.binder_node。binder_node用于定義Binder實(shí)體對(duì)象。Android系統(tǒng)中每一個(gè)Srevice組件在Binder驅(qū)動(dòng)程序中都對(duì)應(yīng)一個(gè)Binder實(shí)體對(duì)象。驅(qū)動(dòng)中的Binder實(shí)體也叫做“節(jié)點(diǎn)”，你屬于提供實(shí)體的進(jìn)程；

3.binder_ref。binder_ref用于描述一個(gè)Binder引用對(duì)象。Android系統(tǒng)中每一個(gè)Client組件在Binder驅(qū)動(dòng)程序中都對(duì)應(yīng)一個(gè)Binder引用對(duì)象；

4.binder_ref_death。binder_ref_death是一個(gè)通知結(jié)構(gòu)體。只要某進(jìn)程訂閱了某binder引用對(duì)應(yīng)實(shí)體的死亡通知，那么binder驅(qū)動(dòng)就會(huì)為該binder引用建立一個(gè)binder_ref_death通知結(jié)構(gòu)體，將其保存在當(dāng)前進(jìn)程的對(duì)應(yīng)binder引用結(jié)構(gòu)體的death域中，即Binder引用對(duì)象將死亡通知注冊(cè)到Binder驅(qū)動(dòng)程序中。這里涉及到Binder的死亡通知機(jī)制，Binder的死亡通知機(jī)制具體指：如果Binder實(shí)體對(duì)象意外死亡，那么將會(huì)導(dǎo)致改Binder實(shí)體對(duì)象的引用變得無效，因而就需要在Binder實(shí)體對(duì)象死亡的時(shí)候通知到所有引用它的代理對(duì)象，從而在一定程度上預(yù)防和解決Binder飲用對(duì)象無效的問題；

5.binder_buffer。Binder_Buffer用于描述一個(gè)內(nèi)核緩沖區(qū)，能夠在進(jìn)程之間傳輸數(shù)據(jù)；

6.binder_proc。binder_proc表示正在使用Binder進(jìn)程通信機(jī)制的進(jìn)程，能夠保存調(diào)用Binder的各個(gè)進(jìn)程或線程的信息，如線程ID、進(jìn)程ID、Binder狀態(tài)信息等；

7.binder_thread。binder_thread用于存儲(chǔ)每一個(gè)單獨(dú)的線程的信息，表示Binder線程池中的一個(gè)線程；

8.binder_transaction。binder_transaction用于中轉(zhuǎn)請(qǐng)求和返回結(jié)果，并保存接收和要發(fā)送的進(jìn)程信息；

9.binder_write_read。binder_write_read表示在進(jìn)程之間的通信過程中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包中有一個(gè)cmd域用于區(qū)分不同的請(qǐng)求；

10.BinderDriverCommandProtocol。結(jié)構(gòu)體binder_write_read包含的命令在BinderDriverCommandProtocol中定義；

11.BinderDriverReturnProtocol。BinderDriverReturnProtocol中定義了讀操作命令協(xié)議；

12.binder_ptr_cookie。binder_ptr_cookie表示一個(gè)Binder實(shí)體對(duì)象或Service組件的死亡接收通知；

13.binder_transaction_data。binder_transaction_data表示在通信過程中傳遞的數(shù)據(jù)；

14.flat_binder_object。flat_binder_object表示Binder對(duì)象。Android系統(tǒng)中，在進(jìn)程之間傳遞的數(shù)據(jù)稱為Binder對(duì)象。

六、Binder的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)

1.設(shè)備初始化。Binder機(jī)制的設(shè)備初始化函數(shù)binder_init位于inder.c中，在進(jìn)行設(shè)備初始化的時(shí)候binder_init會(huì)調(diào)用設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口函數(shù)device_initcall;

2.打開設(shè)備文件。Binder機(jī)制，函數(shù)binder_open用于打開Binder設(shè)備文件/dev/binder。Android系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)程序的任何一個(gè)進(jìn)程及線程都可以打開一個(gè)Binder設(shè)備；與binder_open函數(shù)功能相反的是binder_release函數(shù)，用于釋放打開的空間以及操作過程中分配的空間；

3.實(shí)現(xiàn)內(nèi)存映射。當(dāng)打開Binder設(shè)備文件/dev/binder之后，需要調(diào)用函數(shù)mmap()把設(shè)備內(nèi)存映射到用戶進(jìn)程地址空間中，這樣就可以像操作用戶內(nèi)存那樣操作設(shè)備內(nèi)存。在Binder設(shè)備中，對(duì)內(nèi)存的映射操作是有限制的，如Binder不能映射具有寫權(quán)限的內(nèi)存區(qū)域，最大能映射4MB的內(nèi)存區(qū)域等；

4.釋放物理頁面。Binder機(jī)制中，函數(shù)binder_insert_free_buffer()用于將進(jìn)程中的Buffer插入進(jìn)程信息中，即將一個(gè)空閑內(nèi)核緩沖區(qū)加入進(jìn)程中的空閑內(nèi)核緩沖區(qū)的紅黑樹中；

5.處理內(nèi)核緩沖區(qū)：

　?、?binder_alloc_buf()用于分配內(nèi)核緩沖區(qū)；

　?、赽inder_insert_allocated_buffer()用于將分配的內(nèi)核緩沖區(qū)添加到目標(biāo)進(jìn)程的已分配物理頁面的內(nèi)核緩沖區(qū)紅黑樹中；

　?、踒inder_free_buf()用于釋放內(nèi)核緩沖區(qū)的操作；

　?、?buffer_start_page()和*buffer_end_page()用于計(jì)算結(jié)構(gòu)體binder_buffer所占用的虛擬頁面的地址；

　?、輇inder_delete_free_buffer()用于刪除結(jié)構(gòu)體binder_buffer；

　　⑥*binder_buffer_lookup()根據(jù)一個(gè)用戶空間地址查詢一個(gè)內(nèi)核緩沖區(qū)。

七、Binder封裝庫

 Android源碼中，各個(gè)層次都有Binder的相關(guān)實(shí)現(xiàn)，其中主要由本地原生代碼實(shí)現(xiàn)，其它層次的Binder實(shí)現(xiàn)都是調(diào)用原生Binder庫來實(shí)現(xiàn)的。

Binder的各層次實(shí)現(xiàn)為：

1.Binder驅(qū)動(dòng)部分。實(shí)現(xiàn)功能如下：

　?、俳M織Binder的服務(wù)及誒到哪；

　?、谡{(diào)用Binder相關(guān)的處理線程；

　?、弁瓿蓪?shí)際的Binder傳輸。

2.Binder Adapter層。Binder Adapter層是對(duì)Binder驅(qū)動(dòng)的封裝，主要功能是操作Binder驅(qū)動(dòng)，因而應(yīng)用程序無須直接和Binder驅(qū)動(dòng)程序關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)文件包括IPCThreadState.cpp、ProcessState.cpp和Parcel.cpp中的一些內(nèi)容。Binder核心庫是Binder框架的核心實(shí)現(xiàn)，主要包括IBinder、Binder(服務(wù)端)和BpBinder(客戶端)。

3.頂層。頂層binder框架和具體的客戶端。

以上就是關(guān)于Android系統(tǒng)Binder機(jī)制的全部內(nèi)容，希望對(duì)大家學(xué)習(xí)Android軟件編程有所幫助。

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