Android Framework -- Binder

Binder通信篇

Binder的通信部分其实很简单，但源码中的业务封装太过复杂使得Binder看起来很复杂。抛开业务封装看下Binder通讯原理。ServiceManager就抛开了Binder的业务封装，直接使用它的通信功能。

首先我们知道，逻辑地址空间有4G，其中3G为用户空间，1G为内核空间；我们的应用进程都在用户空间中且相互隔绝无法直接互相访问。于是乎有了进程间通信的需求。Android基于Linux，Linux提供了很多进程间通信的方案：管道（Pipe）、信号（Signal）、消息队列（Message）、共享内存（Share Memory）、插口（Socket）等。而Android系统有自己独特的Binder进程间通信机制。Android源码中大量的使用Binder进行进程间通信（当然，有些地方也还是会用其他的进程间通信方式的）。Binder有很多优势，其中一个就是性能高，其他进程间通信基本上都需要进行两次的数据拷贝，而Binder只需要一次。
下面看看Binder通信的过程
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1.每个进程（C端和S端都一样）在于Binder初次接触的时候，Binder都会为其建立一个物理地址映射，该进程在用户空间地址和Binder在内核空间的地址映射到一个物理内存上（如图：进程C和Binder进程K的地址映射到某物理内存上）。这样的映射在第一次接触的时候只会分配一个物理页大小（映射的最小值），后面在传输有效数据的时候会进行扩充，使用完毕立刻释放。
2.C端向S端传输有效数据的时候，C端需要向Binder驱动写入数据，数据包含Binder实体（即S端）的信息、有效数据在用户空间的地址等。Binder拿到数据后，先找到S端的信息，然后通过Binder与C端的映射（如图中的a）读取有效数据，然后拷贝到Binder与S端的映射（如图中的b）（一次数据拷贝）；这个时候S端发现有数据之后就会通过映射去读取数据，完成一次进程间通信。

下面看下具体的ServiceManager注册到Binder成为Binder过程解析
init进程在启动各种服务的时候会启动SM服务，附上init.rc的相关部分
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第一行：以服务的形式启动
第二行：以系统用户system的身份运行
第三行：critical表示SM是系统的关键服务（关键服务一旦退出会立刻重启，4分钟退出次数>4则系统重启）
第四、五行：如果SM重启则zygote、media也得重启
下面看下SM注册成为Binder管理的过程
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第8行：打开Binder驱动，该动作同时会调用mmap分配一页的物理页来映射SM与Binder
第10行：binder_become_context_manager注册成为Binder的管理者，其实就是把自己的标记设置为0（每个服务在SM中注册都会有一个标记，客户端需要某服务会向SM查询就是查询到这个标记就可以通过Binder访问对方，而SM本身也是一个服务，它的服务标记为0）
第16行：等待客户端的请求

这个过程就是最简单的与Binder交流了。

PS：通常情况下，客户端与Binder交流略过业务逻辑部分最终会调用IPCThreadState来做通信，IPCThreadState负责对Binder的写入与读取，每个线程有且只有一个IPCThreadState。下面业务篇有具体描述

Binder业务篇

Binder对于业务层的封装非常繁杂，而对于应用程序来说接触的比较多的应该就是AIDL。
Binder的业务层从上至下包含诸多对象，Java层Binder、BinderProxy、BinderInternal；Native层BpBinder、BBinder、Bpxxx等等等…其实Java层基本上是Native的一个映射。在Java世界初创之时，会注册一些JNI函数，其中register_android_os_Binder函数会把Java层的Binder进行初始化工作。主要就是通过JNI把Binder、BinderProxy、BinderInternal分别保存在Native层的全局变量gBinderOffsets、gBinderProxyOffsets、gBinderIntenalOffsets中，并将三个类的Native初始化好。
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接下来我们看一个小例子：AMS将自己注册到SM中
以及AMS如何响应请求

上图，蓝色部分表示Java层，黑色部分表示Native层。左侧是AMS将自身注册到SM，SM上面介绍过，直接读取Binder驱动数据，上图没画出来。右侧则是客户端向AMS发起请求后从Binder到S
端的过程，其他服务也差不多。另外，还有一些服务
直接在Native层发起请求或处理请求与Binder交互的。其过程其实类似，这边做下简单笔记，可跳过。

//MediaServer的注册
//①这里会做两件事：打开Binder驱动；mmap 分配一个物理页
sp<ProcessState> proce(self())
//②defaultServiceManager
sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager()
//③instantiate
instantiate()

defaultServiceManager做的事就是获得一个与SM通信的Bp代理
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instantiate则利用sm进行注册

AIDL： Android：学习AIDL，这一篇文章就够了
总结来说

private ServiceConnection mServiceConnection = new ServiceConnection() {
        @Override
        public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {
            Log.e(getLocalClassName(), "service connected");
            mProxy = Proxy.getRemoteProxy(service);
        }

        @Override
        public void onServiceDisconnected(ComponentName name) {
            Log.e(getLocalClassName(), "service disconnected");
            mBound = false;
        }
    };

然后

Intent intent = new Intent();
        intent.setAction("com.lypeer.binder");
        intent.setPackage("com.lypeer.ipcserver");
        bindService(intent, mServiceConnection, Context.BIND_AUTO_CREATE);

这样一来客户端就拿到服务端的“标记”了，即IBinder service。
最后客户端调用

mRemote.transact(CHAT, data, reply, 0);

这里的mRemote就是IBinder了，实现类就在Binder.java中的BinderProxy，调用transact()向Binder写入数据，这部分前面有了。
后面Service端就更简单了，Stub继承Java层Binder把业务逻辑实现了，返回数据给客户端。至于Binder驱动到Java层Binder部分上面也介绍了

public abstract class Stub extends Binder {

    private static final int CHAT = 0;

    public abstract String chat(String message);

    @Override
    protected boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags) throws RemoteException {
        switch (code) {
            case CHAT:
                String dataString = "";
                String replyString = "";
                if(0 != data.readInt()){
                    dataString = data.readString();
                }
                replyString = chat(dataString);
                reply.writeNoException();
                if(TextUtils.isEmpty(replyString)){
                    reply.writeInt(0);
                }else {
                    reply.writeInt(1);
                    reply.writeString(replyString);
                }
                return true;
            default:
                return super.onTransact(code, data, reply, flags);
        }
    }
}

这是AIDL实现自动生成的代码，chat()部分由实际的业务类去实现。

最后附两图
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