Android跨进程通信Binder机制浅析

本文为自己多年来在Android实战开发过程中总结归纳的一些常见问题，现在分享出来希望对初学者有所帮助。

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1. 什么IPC？Linux中现有的IPC通信方式都有哪些?

2. 什么是Binder？

3. 为什么 Android 要采用 Binder 作为 IPC 机制？

4. Binder通信中的内存分配？

5. framework Binder架构图？

1. 什么IPC？Linux中现有的IPC通信方式都有哪些?

IPC的全称是：Inter-Process Communication 即进程间通信

1.1 管道：在创建时分配一个page大小的内存，缓存区大小比较有限
1.2 消息队列：信息复制两次，额外的CPU消耗；不合适频繁或信息量大的通信；
1.3 共享内存：无须复制，共享缓冲区直接付附加到进程虚拟地址空间，速度快；但进程间的同步问题操作系统无法实现，必须各进程利用同步工具解决；
1.4 套接字：作为更通用的接口，传输效率低，主要用于不通机器或跨网络的通信；
1.5 信号量：常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段
2.6 信号：不适用于信息交换，更适用于进程中断控制，比如非法内存访问，杀死某个进程等；

2. 什么是Binder？

Binder是基于Open-Binder开发的，是Android系统专有的跨进程通信实现机制，它位于Linux内核层，具有性能好，稳定性强、安全性强的特点，在整个Android操作系统中具有很高的江湖地位，可以说无Binder，不Android

3. 为什么 Android 要采用 Binder 作为 IPC 机制？

是否Android系统内部所有的进程都采取的Binder通信？
不是， Zygote采用的是Socket、杀死进程采用的是信号

3.1 从性能的角度

数据拷贝次数：Binder数据拷贝只需要一次，而管道、消息队列、Socket都需要2次，但共享内存方式一次内存拷贝都不需要；从性能角度看，Binder性能仅次于共享内存。

3.2 从稳定性的角度

Binder是基于C/S架构的，简单解释下C/S架构，架构清晰明朗，Server端与Client端相对独立，稳定性较好；而共享内存实现方式复杂，没有客户与服务端之别，需要充分考虑到访问临界资源的并发同步问题，否则可能会出现死锁等问题；从这稳定性角度看，Binder架构优越于共享内存。

3.3 从安全的角度

传统IPC只能由用户在数据包里填入UID/PID；另外，可靠的身份标记只有由IPC机制本身在内核中添加。其次传统IPC访问接入点是开放的，无法建立私有通道。从安全角度，Binder的安全性更高。

3.4 从语言层面的角度

大家多知道Linux是基于C语言(面向过程的语言)，而Android是基于Java语言(面向对象的语句)，从语言层面，Binder更适合基于面向对象语言的Android系统，对于Linux系统可能会有点“水土不服”。

3.5 从公司战略的角度

4. Binder通信中的内存分配？

当Client端与Server端发送数据时，Client（作为数据发送端）先从自己的进程空间把IPC通信数据copy_from_user拷贝到内核空间，而Server端（作为数据接收端）与内核共享数据，不再需要拷贝数据，整个过程只发生一次内存拷贝。一般地做法，需要Client端进程空间拷贝到内核空间，再由内核空间拷贝到Server进程空间，会发生两次拷贝。对于共享内存虽然效率高，但是对于多进程的同步问题比较复杂，而管道/消息队列等IPC需要复制2两次，效率较低

5. framework Binder架构图？

binder在framework层，采用JNI技术来调用native(C/C++)层的binder架构，从而为上层应用程序提供服务。看过binder系列之前的文章，我们知道native层中，binder是C/S架构，分为Bn端(Server)和Bp端(Client)。对于java层在命名与架构上非常相近，同样实现了一套IPC通信架构。
Binder在整个Android系统中有这举足轻重的地位，在Native层有一套完整的binder通信的C/S架构(图中的蓝色)，Bpinder作为客户端，BBinder作为服务端。基于naive层的Binder框架，Java也有一套镜像功能的binder C/S架构，通过JNI技术，与native层的binder对应，Java层的binder功能最终都是交给native的binder来完成。从kernel到native，jni，framework层的架构所涉及的所有有关类和方法见Binder类图。

Binder通信采用C/S架构，从组件视角来说，包含Client、Server、ServiceManager以及binder驱动，其中ServiceManager用于管理系统中的各种服务

注册服务(addService)：

Server进程要先注册Service到ServiceManager。该过程：Server是客户端，ServiceManager是服务端。
获取服务(getService)：Client进程使用某个Service前，须先向ServiceManager中获取相应的Service。该过程：Client是客户端，ServiceManager是服务端。

使用服务：

Client根据得到的Service信息建立与Service所在的Server进程通信的通路，然后就可以直接与Service交互。该过程：client是客户端，server是服务端。
client端：BpBinder.transact()来发送事务请求；
server端：BBinder.onTransact()会接收到相应事务。