Android源码分析之理解Binder通信机制

IPC,即Inner-Process-communication,进程间通信,是Android系统中比较难以理解的一个概念。而Binder则是Android系统中特有的进行IPC的一种方式,相对于Linux自带的其他方式(如管道)、socket、文件等而言,Binder具有更大的效率和安全优势。而本文将从各个层面深入探究Binder的原理。

一、Linux基础
本文首先 介绍部分和Android的进程间通信有关的Linux基础知识。
1.进程隔离/虚拟地址空间:Linux系统为了避免进程之间互相干扰,给各个进程分配了一块虚拟的地址空间,各个进程分别运行在各自的虚拟地址空间内。
2.系统调用:Linux提供的一种调用机制,通过系统调用,用户控件可以访问内核的应用程序。

二、何为Binder
1.广义来讲,Binder可以理解为Android的一种跨进程通信方式。
2.从Android源码来看,Binder是一个Java类,实现了IBinder接口。
3.从Android的FrameWork来看,Binder可以看做是ServiceManager连接各种系统自带的Manager(如ActivityManager、WindowManager)和对应的Service(ActivityManagerService,WindowManagerService)的桥梁。
4.从应用层面来讲,Binder是客户端和服务端通信的媒介。当客户端对服务端进行绑定时,服务端会返回一个包含了服务端业务调用的Binder类对象,客户端可以通过此对象调用服务端的方法和数据。

读到此处,相信大家还是很难对Binder的应用场景,实现方式和作用有很直观的理解,以下笔者将通过client调用Service的详细过程对其进行解析。


三、详解IPC

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1、我们将主要围绕上图进行分析。
1)图中有四个关键的对象:Server、Client、SeviceManager(图中最下方的矩形)、Binder驱动。其中前三者运行在客户空间,而Binder驱动运行在内核空间。Server、Client由应用程序负责提供,而Binder驱动和SeviceManager由系统提供。
2)Binder进程间通信实在OpenBinder的基础上实现的,其中提供服务的进程分为服务进程,而访问服务的进程分为Client进程,两者分别运行在不同的进程中。而Server进程和Client进程需要通信,需要借助运行在内核空间的Binder驱动,Binder驱动对用户空间暴露了一个设备文件、dev/binder,应用程序可以依靠他来建立通信通道。
3)当Server空间中的Service启动时(不一定是Service子类,但需要继承IInterface接口),会在ServiceManager(下称SM)中去进行注册。SM可以看做是Binder进程通信间的上下文管理者,他也需要与Server和Client通信,可以看做是特殊的Service组件。
4)当Client需要调用Service(再次强调,这里指的Service指的是继承了IInterface的一个实现类,通常还有一个中间接口IService)中的方法或者数据时,需要根据类名在SM中进行查找,SM会返回服务端的代理对象,代理对象(Proxy)实现了Service所对应的接口(假设命名为IService,继承关系为:Service>IService>IInterface)的子类Stub,并对IService中定义的方法做了封装,使其可以实现进程间读写数据(需要需要序列化),因此代理对象可以将数据交由IService的最终实现类进行处理,完成之后再返回给Client。
上面就是Binder进程间通信机制的大致流程。下面将在分别对SM,Service组件启动和其代理对象具体获取过程作详细介绍。
5)SM:SM由系统负责启动,启动过程分为三个步骤:打开设备文件dev/binder将其映射到本进程的地址空间;将自己注册为Binder进程间通信的额上下文管理者;调用函数binder_loop来循环等待和处理Client的通信请求。SM中含有四个方法getService、checkService、addService、listService,Client通过getService获取Service的代理对象,Service通过addService将自己注册进SM中。SM运行在自己的独立空间,也继承了IInterface,所以它自身和Server及Client通信也需要跨进程:当Client需要通过SM的getService方法获取Service代理对象或者Service需要通过addService进行注册时时,也需要先获取SM的代理对象,但是不同的是其代理对象获取比较简单,Android系统在Binder库中提供了一个函数defaultServiceManager,通过此方法即可获取到。
6)Service启动过程:Service组件是在Server进程中运行的,Server进程启动时,首先将它里面的Service组件注册到SM中,接着再启动一个Binder线程池来等待和处理Client进程的通信请求。
7)Service代理对象获取:参考下面AIDL的解析。

四、IPC具体实现:AIDL

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