Android面试官:说说你对 Binder 驱动的了解?

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面试官提了一个问题:说说你对 binder 驱动的了解。这个问题虽有些 "面试造火箭" 的无奈,可难点就是亮点、价值所在,是筛选面试者的有效手段。如果让你回答,你能说出多少呢?我们来看看 😎、😨 和 🤔️ 三位同学的回答如何吧


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面试官️:说说你对 binder 驱动的了解

😎:binder 驱动是很底层的东西,在系统内核中,是 binder 机制的基石。

面试官:没了吗?把你了解的都说一下

😎:直接让我说了解不好回答啊,还是问我问题吧

面试官:好,你刚才提到了系统内核,那介绍一下用户空间和内核空间吧

😎:不知道,这东西了解了也没什么用啊!我对业务开发 API 比较了解,比如 RecycleView 布局,我写的贼溜~

面试官:好的,回去等通知吧


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面试官:说说你对 binder 驱动的了解

😨:binder 机制分为四部分,binder 驱动、Service Manager、客户端、服务端。类比网络通信,Service Manager 是 DNS,binder 驱动就是路由器,它运行在内核空间,不同进程间通过 binder 驱动才能通信。

面试官:为什么 binder 驱动要运行在内核空间?可以移到用户空间吗?

😨:不行,两个进程的进程空间有不同的虚拟地址映射规则,内存是不共享的,无法直接通信。Linux 把进程空间划分为用户空间和内核空间,分别运行用户程序和系统内核。

用户空间和内核空间虽也是隔离的,但可以通过 copy_from_user 将数据从用户空间拷贝到内核空间,通过 copy_to_user 将数据从内核空间拷贝到用户空间。

所以 binder 驱动要处于内核空间,才能实现两个进程间的通信。一般的 IPC 方式需要分别调用这两个函数,数据就拷贝了两次,而 binder 将内核空间与目标用户空间进行了 mmap,只需调 copy_from_user 拷贝一次即可。

面试官:从用户空间如何调用内核空间的 binder 驱动呢?

😨:这个不了解了,我没看过 binder 源码,只是知道大概的通信方式

面试官:那你对 binder 驱动还有哪些了解,都说说吧

😨:嗯... 没有了

面试官:好的,回去等通知吧


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面试官:说说你对 binder 驱动的了解

🤔️:简单画张图吧:

对 Binder 机制来说,它是 IPC 通信的路由器,负责实现不同进程间的数据交互,是 Binder 机制的核心;对 Linux 系统来说,它是一个字符驱动设备,运行在内核空间,向上层提供 /dev/binder 设备节点及 open、mmap、ioctl 等系统调用。

面试官:你提到了驱动设备,那先说说 Linux 的驱动设备吧

🤔️:Linux 把所有的硬件访问都抽象为对文件的读写、设置,这一"抽象"的具体实现就是驱动程序。驱动程序充当硬件和软件之间的枢纽,提供了一套标准化的调用,并将这些调用映射为实际硬件设备相关的操作,对应用程序来说隐藏了设备工作的细节。

Linux 驱动设备分为三类,分别是字符设备、块设备和网络设备。字符设备就是能够像字节流文件一样被访问的设备。对字符设备进行读/写操作时,实际硬件的 I/O 操作一般也紧接着发生。字符设备驱动程序通常都会实现 open、close、read 和 write 系统调用,比如显示屏、键盘、串口、LCD、LED 等。

块设备指通过传输数据块(一般为 512 或 1k)来访问的设备,比如硬盘、SD卡、U盘、光盘等。网络设备是能够和其他主机交换数据的设备,比如网卡、蓝牙等设备。

字符设备中有一个比较特殊的 misc 杂项设备,设备号为 10,可以自动生成设备节点。Android 的 Ashmem、Binder 都属于 misc 杂项设备。

面试官:看过 binder 驱动的 open、mmap、ioctl 方法的具体实现吗?

🤔️:它们分别对应于驱动源码 binder.c 中的 binder_open()、binder_mmap()、binder_ioctl() 方法,binder_open() 中主要是创建及初始化 binder_proc ,binder_proc 是用来存放 binder 相关数据的结构体,每个进程独有一份。

binder_mmap() 的主要工作是建立应用进程虚拟内存在内核中的一块映射,这样应用程序和内核就拥有了共享的内存空间,为后面的一次拷贝做准备。

binder 驱动并不提供常规的 read()、write() 等文件操作,全部通过 binder_ioctl() 实现,所以 binder_ioctl() 是 binder 驱动中工作量最大的一个,它承担了 binder 驱动的大部分业务。

面试官:仅 binder_ioctl() 一个方法是怎么实现大部分业务的?

🤔️:binder 机制将业务细分为不同的命令,调用 binder_ioctl() 时传入具体的命令来区分业务,比如有读写数据的 BINDER_WRITE_READ 命令、 Service Manager 专用的注册为 DNS 的命令等等。

BINDER_WRITE_READ 命令最为关键,其细分了一些子命令,比如 BC_TRANSACTION、BC_REPLY 等。BC_TRANSACTION 就是上层最常用的 IPC 调用命令了,AIDL 接口的 transact 方法就是这个命令。

面试官:binder 驱动中要实现这些业务功能,必然要用一些数据结构来存放相关数据,比如你上面说 binder_open() 方法时提到的 binder_proc,你还知道其他的结构体吗?

🤔️:知道一些,比如:

结构体说明
binder_proc描述使用 binder 的进程,当调用 binder_open 函数时会创建
binder_thread描述使用 binder 的线程,当调用 binder_ioctl 函数时会创建
binder_node描述 binder 实体节点,对应于一个 serve,即用户态的 BpBinder 对象
binder_ref描述对 binder 实体节点的引用,关联到一个 binder_node
binder_buffer描述 binder 通信过程中存储数据的Buffer
binder_work描述一个 binder 任务
binder_transaction描述一次 binder 任务相关的数据信息
binder_ref_death描述 binder_node 即 binder server 的死亡信息

其中主要结构体引用关系如下:

面试官:可以,我们再来聊聊别的。

这个问题虽有些 "面试造火箭" 的无奈,可难点就是亮点、价值所在,是筛选面试者的有效手段。如果问你这个问题,你能回答多少呢?

最后

最近整理了一份《Android Binder原理学习笔记》,集合了**「Linux、C/S架构、ServiceManager、ProcessState、系统服务的注册过程、ServiceManager的启动过程、系统服务的获取过程、MediaPlayerService、JNI、Binder类的注册、AMS、JavaBBinder」**等N多技术点。

目录: 一、学习Binder前必须要了解的知识点 二、ServiceManager中的Binder机制 三、系统服务的注册过程 四、ServiceManager的启动过程 五、系统服务的获取过程 六、Java Binder的初始化 七、Java Binder中系统服务的注册过程

  • 由于篇幅原因,为了避免影响到大家的阅读体验,在此只以截图展示部分内容,有需要的小伙伴【点击我】免费领取。

部分笔记截图

一、学习Binder前必须要了解的知识点

1.Linux和Android的IPC机制种类 2.Linux和Binder的IPC通信原理 3.为什么要使用Binder 4.为什么要学习Binder?

二、ServiceManager中的Binder机制

1.基于Binder通信的C/S架构 2.MediaServer的main函数 3.每个进程唯一的ProcessState 4.ServiceManager中的Binder机制

三、系统服务的注册过程

1.从调用链角度说明MediaPlayerService是如何注册的 2.从进程角度说明MediaPlayerService是如何注册的

四、ServiceManager的启动过程

1.ServiceManager的入口函数 1.1 打开binder设备 1.2 注册成为Binder机制的上下文管理者 1.3 循环等待和处理client端发来的请求

  • 由于篇幅原因,为了避免影响到大家的阅读体验,在此只以截图展示部分内容,有需要的小伙伴【点击我】免费领取。

五、系统服务的获取过程

1.客户端MediaPlayerService请求获取服务 2.服务端ServiceManager处理请求

六、Java Binder的初始化

1.Java Binder的JNI注册 1.1 Binder类的注册 1.2 BinderInternal类的注册

七、Java Binder中系统服务的注册过程

1.将AMS注册到ServiceManager 1.1 BinderInternal.getContextObject() 1.2 ServiceManagerNative.asInterface() 1.3 getIServiceManager().addService()

2.引出JavaBBinder 3.解析JavaBBinder 4.Java Binder架构

深入解析Binder源码

只要是程序员,不管是Java还是Android,如果不去阅读源码,只看API文档,那就只是浮于表象,这对我们的知识体系的建立和完备以及实战技术的提升都是不利的。

真正最能锻炼能力的便是直接去阅读源码,不仅限于阅读Android系统源码,还包括各种优秀的开源库。

阅读源码永远是学习最快的方式。

所以这里为大家整理了Android开发相关源码精编解析,其中关于Binder的源码解析内容:

第一节 Binder 系列—开篇 第二节 Binder Driver 初探 第三节 Binder Driver 再探 第四节 Binder 启动 ServiceManager 第五节 获取 ServiceManager

大厂关于Binder的面试题

一线企业的app都是多线程和多进程的,而Android进程间通信机制就是Binder,原生的线程间通信则是Handler,Binder和Handler是了解安卓运行机制必须要掌握的一个知识点,更是一线企业面试必问的知识点!

以下几道就是大厂关于和Binder常见的面试真题:

  • Binder有什么优势?(字节跳动)
  • Binder是如何做到一次拷贝的?(腾讯)
  • MMAP的原理讲解;(腾讯)
  • 为什么Intent不能传递大数据?(阿里)
  • 描述AIDL生成的java类细节;(字节跳动)
  • 四大组件底层的通信机制;(字节跳动)
  • 为什么Intent不能传递大数据?(阿里)
  • Binder机制是如何跨进程的?
  • Binder机制原理
  • ........

好了,到这里,整个笔记介绍的差不多了,感兴趣的朋友可以【点击我】免费领取。

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