Binder 总体架构概述(一)

Avengong
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背景

Binder是Android进程间的一种通信方式，属于C/S架构。 Android系统的底层基于Linux内核。相对与传统的IPC方式，Binder在效率上 有显著的优势。通过Binder来实现进程间通信本质上是通过Binder驱动来完成的。

Binder Driver将自己注册为一个misc device(杂项设备)，并向上层提供驱动节点：dev/binder。 这种"杂项"设备不是真正的物理 硬件设备，而是虚拟驱动。它运行在内核态中，提供open()、mmap()、ioctl()等常用操作。

Binder通信涉及到四个部分：

  1. Server： 提供接口服务的具体实现；向ServiceManager(SM)注册服务。
  2. Client： 从SM获取服务，调用服务提供的接口。
  3. ServiceManager： Binder大管家。管理binder相关的服务。提供注册、查询服务等接口
  4. Binder驱动： 本质上实现跨进程通信。

架构图.png

一、Android为什么要采用Binder机制

Linux本身提供了多种多进程的通信方式： 管道、信号量、队列、socket、共享内存

  • 管道：只能单向通信。 进程A到管道一次拷贝，管道到进程B一次拷贝，总共两次拷贝(用户->内核->用户)。
  • 信号量：一般作为进程间的同步锁来使用。
  • 信号：一般是用来内核给应用发送某个信号通知，如非法访问某个内存地址、杀死进程信号。
  • 队列：进程A到队列一次拷贝，队列到进程B一次拷贝，总共两次拷贝(用户->内核->用户)。
  • socket： 通信效率较低，开销大。分为本机基于fd的socket低速通信，和基于网络的tcp/udp的socket。需要两次拷贝。
  • 共享内存：让两个进程映射到同一个内存缓冲区，实现共享，无需拷贝。但是需要自己维护同步过程，复杂且难用。
  • Binder：通过mmap映射机制，让应用进程可以直接访问内核内存，减少了一次拷贝。效率仅次于共享内存。

二、C/S 角度

Binder通信过程中涉及到了多个C/S场景：

  • 一般情况下是client作为客户端，server作为服务端。
  • 当注册服务时，Server作为client端，SM作为server端。
  • 当获取服务时，client作为客户端，SM作为服务端。

三、分层角度

3.1 java层

涉及到的类：

假设定义一个IHelloService.aidl文件，经过编译会生成IHelloService.java文件。 通信过程如下：

  • Server：
  1. HelloService继承内部抽象类Stub，实现接口sayHello()。
  2. 调用ServiceManager.addService方法，注册服务到ServiceManager
  • Client:
  1. client通过ServiceManager获取到Server的本IBinder对象
  2. 通过调用IHelloService.asInterface(IBinder obj) 转换成一个IHelloService本地对象。
  3. 调用接口sayHello()完成跟服务端通信

client和server整个过程涉及到类图 ：

img.png

重点：

Proxy中的mRemote其实是一个BinderProxy对象。BinderProxy的mNativeData指向的是一个c++ 层的Binder对象，实际上一个BpBinder。

ServiceManager类相关的类图：

img_1.png

重点：

ServiceManagerProxy中的mRemote是一个binderProxy对象。BinderProxy的mNativeData指向的是一个c++ 层的Binder对象,实际上一个BpBinder。

3.2 c++层

java层把数据封装好后，通过BinderProxy中的native指针，把数据传到了c++层。 从client客户端角度出发，会有BpBinder对象来完成接下来的操作。

总体上来讲就算没有java层，c++层完全可以实现客户端和服务端通过Binder驱动来完成通信。因此，进程通信的核心逻辑应该在c++层。里面肯定会涉及到ioctl()、open()、mmap()等系统调用的操作。

ServiceManager类图如下：

image.png

BpRefBase 类里面有一个IBinder *指针 类型的成员变量 mRemote。 mRemote指向了一个BpBinder对象， BpBinder里面含有一个mHandle成员变量。

HelloService相关类图：

image.png

3.3 内核驱动层

image.png

这个已经很清晰表明了内核中发生的事情。Binder驱动作为一个misc “杂项驱动”，它会在系统初始化阶段把binder_open()、binder_ioctl()、binder_mmap() 等函数完成注册。当用户态调用open进入到内核中，内核会直接调用之前注册好的驱动函数。

在内核态，对于每一个进程都会创建一个binder_proc与之对应。binder_proc中会有binder_buffer。这一块buffer缓冲区就是通过mmap()映射而来，因此，只要Client把数据copy_from_user()到buffer，然后通知server直接读取buffer中的数据即可。

最后

Binder机制非常的复杂，以上只是简单的架构的角度来大体熟悉了binder机制分层思想，如有错误之处还请指正。后续将对每个层的细节进行解析。

参考：

gityuan.com/2015/11/02/…

blog.51cto.com/u_14344871/…

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