Binder机制-原理篇

DKNG
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1. Binder到底是什么？

  • 中文即 粘合剂，意思为粘合了两个不同的进程
  • 网上有很多对 Binder 的定义，但都说不清楚： Binder 是跨进程通信方式、它实现了 IBinder 接口，是连接 ServiceManager 的桥梁等等，估计大家都看晕了，没法很好的理解
  • 我认为：对于 Binder 的定义，在不同场景下其定义不同

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在本文的讲解中，按照 大角度 -> 小角度 去分析Binder 即：

  • 先从 机制、模型的角度 去分析 整个Binder ，即： 跨进程通信机制的模型

其中，会详细分析模型组成中的Binder驱动

  • 再 从源码实现角度，分析 Binder 驱动 在 Android 中的具体实现 从而全方位地介绍Binder,希望你们会喜欢。

2. 知识储备

在讲解 Binder 前,我们先了解一些 Linux 的基础知识

2.1 进程空间划分

  • 一个进程空间分为 用户空间 & 内核空间 （ kenel）,即把进程内 用户 & 内核 隔离开来

  • 二者区别：

    1. 进程间，用户空间的数据不可共享，所以用户空间 = 不可共享空间
    2. 进程间，内核空间的数据可共享，所以内核空间 = 可共享空间

    所有进程共用1个内核空间

  • 进程内 用户空间 & 内核空间 进行交互 需通过 系统调用，主要通过函数

    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

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2.2 进程隔离 & 跨进程通信（ IPC ）

  • 进程隔离 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的进程是相互独立、隔离的
  • 跨进程通信（IPC） 即进程间需进行数据交互、通信
  • 跨进程通信的基本原理

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a. 而 Binder 的作用则是：连接 两个进程，实现了mmap()系统调用，主要负责创建数据接收的缓存空间 & 管理数据接收缓存
b. 传统的跨进程通信需拷贝数据2次，但Binder机制只需1次，主要是使用到了内存映射，具体下面会详细说明

2.5 内存映射

具体请看文章：操作系统：图文详解 内存映射

3. Binder 跨进程通信机制 模型

3.1 模型原理图

Binder 跨进程通信机制 模型 基于 Client - Server 模式

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3.2 模型组成角色说明

角色作用备注
client进程使用服务的进程Android客户端
Server进程提供服务的进程服务器端
ServiceManager进程管理Service注册与查询（将字符形式的Binder名字转化成Client中对该Binder的引用）类似于路由器
Binder驱动一种虚拟的设备驱动，是连接Service进程、Client进程和ServiceManager进程的
桥梁，具体作用为：
1.传递进程间数据:通过内存映射
2.实现线程控制：采用Binder的线程池，并由Binder驱动自身进行管理		Binder驱动持有每个Server进程在内核空间中的Binder实体，并给Client进程提供Binder实体的引用

此处重点讲解 Binder驱动 的作用 & 原理：

3.2.1 Binder驱动

简介

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跨进程通信的核心原理

关于其核心原理：内存映射，具体请看文章：操作系统：图文详解内存映射

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3.3 模型原理步骤说明

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3.4 额外说明

说明1： Client 进程、 Server 进程 & Service Manager 进程之间的交互都必须通过Binder驱动（使用 open 和 ioctl 文件操作函数），而非直接交互。

原因：

  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

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说明2： Binder 驱动 & Service Manager 进程 属于 Android 基础架构（即系统已经实现好了）；而 Client 进程 和 Server 进程 属于 Android 应用层（需要开发者自己实现）

所以，在进行跨进程通信时，开发者只需自定义 Client & Server 进程并显式使用上述3个步骤，最终借助 Android 的基本架构功能就可完成进程间通信

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说明3：Binder请求的线程管理

  • Server进程会创建很多线程来处理 Binder 请求
  • 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

    而不是由 Server 进程来管理的

  • 一个进程的 Binder 进程来管理的 线程数默认最大是16，超过的请求会被阻塞等待空闲的Binder线程。

    所以，在进程间通信时处理并发问题时，如使用ContentProvider时，它的CRUD （创建、检索、更新和删除）方法只能同时有16个线程同时工作

  • 至此，我相信大家对 Binder跨进程通信机制模型 已经有了一个非常清晰的定性认识

下篇文章，我将通过一个实例，分析 Binder 跨进程通信机制 模型在Android中的具体代码实现。即分析 上述步骤在Android 中具体是用代码如何实现的

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