一篇文章搞定《理解Binder跨进程通信》

前言

Binder我称之为Android的老母亲
作为Android的重中之重，前面的《JVM完美图解》和《MMKV原理解析》都是铺垫啊兄弟们
一直不敢写这个Binder的文章，但是为了一篇文章系列比较完整，还是写一下，也当算是一次全面的复习。
本篇文章结构：

• 什么是Binder（列举Android的常见的使用到Binder的）
• 基础知识储备
• Binder模型图解
• 对比其他IPC机制的优点

什么是Binder

Binder是Android中的一种进程间通信（IPC）机制，用于实现不同进程之间的通信。
贯穿了我们整个Android体系：简单来说Binder是跨进程通信方式、它实现了IBinder接口，是连接各个Service、Manage和组件的桥梁。
比如：

• AIDL
• Activity的启动流程
• …

其实呢这些只不过是我们的一些遇到的场景，真正使用到Binder是我们的Android框架的Service和Manager们

• ActivityManagerService：它负责管理和调度应用程序的生命周期、进程管理、任务管理等。它使用了Binder机制进行进程间通信，与其他组件和系统服务进行交互。
• PackageManagerService：是Android系统的一个组件，负责应用程序的安装、卸载、应用程序信息查询和管理。它使用了Binder机制与ActivityManagerService等组件进行通信和管理。通过Binder机制，PackageManagerService可以接受来自其他组件的请求，处理应用程序的安装和卸载，并提供应用程序的信息查询服务。
• WindowManagerService：是Android系统的一个组件，负责窗口的添加、移除和管理、窗口的层级管理等。它也使用了Binder机制与其他组件进行通信，并与ActivityManagerService一起工作以管理应用程序的任务和窗口。通过Binder机制，WindowManagerService可以接收ActivityManagerService的指令，管理应用程序的窗口、任务切换等操作。
• ActivityThread：是Android系统的核心组件之一，负责应用程序的启动、Activity的管理以及与ActivityManagerService的通信等。它也使用了Binder机制与ActivityManagerService进行通信，例如向ActivityManagerService发起启动Activity的请求、接收Activity生命周期的回调等。ActivityThread通过Binder机制与ActivityManagerService交互，协调应用程序的运行和Activity的管理。
• ServiceManager：是Android系统的一个组件，用于进程间的服务发现和管理。它使用了Binder机制，为应用程序提供了许多系统服务的访问入口。应用程序可以通过ServiceManager获取系统服务的实例，并通过Binder机制与这些系统服务进行通信。
  这些包括ActivityManagerService、PackageManagerService、WindowManagerService、ActivityThread和ServiceManager都是Android系统的核心组件，它们通过Binder机制进行进程间通信，实现了不同组件之间的协作、应用程序的管理以及系统服务的访问和管理。Binder机制为Android系统提供了高效且安全的进程间通信能力。

基础知识储备

进程空间划分

一个进程空间分为 用户空间 & 内核空间，即把进程间用户隔离开来，再利用内核空间进行交互（这是一种常见内存隔离）

• 用户空间：因为我们的APP都运行在我们的独立的APP进程中。所以你可以把APP想做成一个用户空间。两个用户空间数据不共享（也就是不可共享空间）
• 内核空间：它是操作系统内核代码和数据的存放区域。内核空间的数据可共享。（也就是可共享空间）
• 所有的进程都使用同一个内核空间。
• 传统的IPC通信过程如下：
  

1. copy_from_user（）：将用户空间的数据拷贝到内核空间
2. copy_to_user（）：将内核空间的数据拷贝到用户空间

可以看到：为了保证 安全性 & 独立性，一个进程 不能直接操作或者访问另一个进程，即Android中的APP的进程是相互独立、隔离的
如果想通信的话，需要借助内核空间进行IPC通信。

IPC通信

那Linux系统提供给我们的一些IPC通信有：

• 共享内存（Shared Memory）：共享内存是一种在多个进程之间共享存储区域的机制，进程可以通过读写共享内存来进行通信。
• 套接字（Socket）：套接字是一种在网络中进行进程间通信的机制，通过套接字可以在多台主机之间进行通信。
• 管道（Pipe）：管道是一种半双工的、基于内存的通道，可以用于父进程与子进程之间的通信。
• 信号（Signal）：信号是一种异步的通信机制，用于在进程之间传递通知和中断信息。
• 信号量（Semaphore）：信号量是一种用于进程之间同步和互斥的机制，可以用来保护共享资源的访问。
• 消息队列（Message Queue）：消息队列是一种在进程之间传递数据的机制，进程可以将消息发送到队列中，其他进程可以从队列中接收消息。

后面我们进行对比时会对此进行一些IPC的过程进行图解说明

Binder模型图解

上面说了很多的IPC的通信机制。
其实Binder不是正常的Linux的通信方式，他是Android操作系统中的进程间通信。
但是Android又是基于Linux内核开发，所以可以认为Binder也是Linux的一种IPC通信机制。

Binder通信过程

我们先来说说Binder是如何通信的吧。直接上图

可以看到相对于上面的传统IPC通信方式，少了一次CPU的copy过程。
发送数据工作流程：（在图中也有标识）

• 1、Binder驱动创建一块接收缓存区
• 2、实现地址映射关系：通过mmap创建内核空间和用户空间的映射（在MMKV中也有讲到）
• 3、发送进程通过CPU拷贝(copy_from_user)发送数据到虚拟内存区
• 4、内核空间中的空间映射
• 5、因为mmap的映射关系，Binder的缓存区，相当于接受进程的用户空间，从而实现通信。

返回结果流程：（没有在图中标识，相信大家可以想到）

• 1、因为mmap映射，所以接受进程返回结果到Binder缓冲区
• 2、内核空间的空间映射
• 3、通过CPU拷贝(copy_to_user)发送数据给发送进程

Binder的C/S模型

上面说的Binder的通信方式，他只是我们Binder模型中最重要的一环。接下来看看整个的Binder模型吧！！
Binder 跨进程通信机制模型基于Client - Server模式
说明：

1. Client进程、Server进程 & Service Manager进程属于进程空间的用户空间，不可进行进程间交互
2. Binder驱动 属于 进程空间的 内核空间，可进行进程间 & 进程内交互
   老样子先上图：（下一篇文章会用AIDL完整的实例这个图）
   

• Client进程：使用服务的进程。（Android的客户端）
• Server进程：提供服务的进程。（Android服务进程）
• ServiceManager进程：管理Service注册和查询（相当于一个表管理了Serve和Client对Binder的引用）
• Binder驱动：上面的Binder通信。（mmap映射通信）
• Binder模型的线程管理 采用Binder驱动的线程池，并由Binder驱动自身进行管理，一个进程的Binder线程默认最大16个，所以在ContentProvider他的CRUD方法只能同时有16个线程同时工作。

用文字的形式说明一下上面的过程：
1、注册服务（ServiceManager进程拥有了Server进程的信息）

• Server进程向Binder驱动发起服务注册请求
• Binder驱动将注册请求转发给ServiceManager
• Service Manager进程添加Server进程信息

2、获取服务（此时不仅ServiceManager拥有了Client进程信息，也与Server建立起了联系）

• Client向Binder驱动发起获取服务的请求，传递要获取的服务信息
• Binder驱动将请求转发给ServiceManager
• ServiceManager找到Client的服务请求对应的Server的服务信息
• Binder驱动将找到的服务信息返回给Client进程

3、使用服务

• 这时候建立起联系了就可以通过上面我们的Binder通信过程，开始使用我们的服务，进行发送进程->接受进程的通信过程。
• 把图粘贴过来吧，方便看。就是下面的这个过程了。
  

对比其他IPC机制的优点

性能上：

• 传统的管道、消息队列、Socket都是需要copy两次的：copy_from_user 、 copy_to_user
• Binder通过mmap机制让数据拷贝只copy一次，因为CPU的copy是消耗性能，这让Binder的性能更高一些
• 共享内存的效率最高：他会在内核空间开辟一块两个进程的共享内存段，之后两个进程都可以操作这个进程段（那么有同学问了：那为什么不用共享内存，因为安全性不好往下看）

安全上：

• 共享内存没有安全性的：需要在上层自己去控制安全性，因为两个进程操作的是同一块内核内存块。没有什么安全控制，随意的被别人入侵。（需要上层去控制访问权限、和同步机制）
• 传统的IPC通信，身份都可造假比如：Socket的通信ip是客户端手动填入
• Binder机制：每个进程都有UID/PID作为身份的标志。之后在通信时对身份进行验证后通信。安全性很高。

使用上：

• Binder使用C/S结构，使用Binder像使用一个对象一样简单。

总结

Binder的内容需要看源码、实战来精通。
但是本文的入门是Android程序员必须要会的。