Framework笔记---Android-Framework用到了哪些IPC方式，分别在哪里用到

凌川江雪
84 阅读8分钟
  • 是否了解Linux常用的跨进程通信方式 android很多底层实现， 都依赖于Linux的操作系统调用；
  • 是否研究过Android Framework并了解一些实现原理
  • 是否了解Framework各组件之间的通信原理 很多组件基本都是要跨进程的， 跨进程通讯并不全是用Binder机制；

####主要关注三个层面

  • 列举用到哪些IPC方式
  • 各个IPC方式的特点
  • Framework中是怎么用到的

#Android中主要用到的Linux IPC方式

  • 管道
  • Socket
  • 共享内存
  • 信号




#管道通信

  • 半双工的，单向的 管道的描述符数据只能往一个方向流，要么读要么写， 如果需要既能读又能写，则需要给管道有两个描述符； 不过Linux给了我们一个APIpipe(fds)， 这个API可以生成一对描述符， 一个用来写一个用来读；

  • 一般无名管道是在父子进程之间使用的； 有名管道只要两个进程都知道这个管道的名字就可以通信了；

####看一个例子

  • 通过pipe调用，生成管道的一对描述符； fd[1]是用来写的； fd[0]是用来读的； 通过fork()调用创建一个子进程； 子进程会继承这对描述符；

  • 现在我们要父进程往子进程里面写东西， 首先，把子进程写描述符关闭，把子进程写描述符关闭； 接着，父进程往写描述符里边写一个字符串； 然后，子进程就可以从读描述符里边把这个字符串给读出来； 

if(pid == 0){
    
    close(fd[1]);//把子进程写描述符关闭
    //子进程就可以从读描述符里边把这个字符串给读出来
    read(fd[0], buf, SIZE);


}else if(pid > 0){

    close(fd[0]);//把子进程写描述符关闭
    write(fd[1], "Hello", 5);//父进程往写描述符里边写一个字符串

}

概念图如下， 我们可以看到数据流的方向是 父进程写描述符fd[1]--管道--子进程读描述符fd[0]， 即，我们刚刚所说的半双工设计：

####Framework中哪儿用到了管道

  • Android 4.4中的MQ机制中的重要元素Looper，用到了管道 （更高的版本如Android 6.0用的就不是管道了）：
  • 代码大概实现： 前四行是为管道配置一对读写描述符； 后半部分是注册一个监听事件， 监听读描述符的读事件，即eventItem.data.fd = mWakeReadPipeFd; 这个时候如果有另一个线程拿到写描述符并往里面写东西的话， 读端就能收到通知了；

###相关阅读

  • epoll机制
  • epoll函数 #####epoll机制有一套函数，共三个，如下 创建epoll句柄： 1. int epfd =epoll_create(intsize); 创建一个epoll的句柄，size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大。

2. int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event) 将被监听的描述符（对应例程中mWakeReadPipeFd） 添加到epoll句柄（对应例程中mEpollFd） 或从epool句柄中删除或者对监听事件进行修改 （添加、删除和修改通过op位参数进行控制） 3. int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout) 注意最后一句话， 该函数返回需要处理的事件数目，即几个事件被触发了， 第二个参数events列表用来接收存入触发的事件；

#####接着看epoll是怎么监听读端事件的

  • 通过epoll_wait得到触发的事件列表及其数量；

  • for循环中遍历触发事件列表， 遍历到事件的fd是刚刚设置的读描述符的（mWakeReadPipeFd）， 及其事件是刚刚设定的读事件的（EPOLLIN）， 则调用awoken()，把管道中的东西读出来， 管道满了就写不进去了，所以二话不说先读出来;

  • 不管管道里面写了什么东西， 只要写了东西，这个线程 就能被唤醒，就能去处理消息；

  • 当别的线程 要往这个Looper线程里面写东西的时候， 就通过wake()函数往管道里边写东西：

####小结 管道使用起来还是比较方便的， 它可以跟epoll相结合监听读写事件；
管道在进程自身中可以用， 跨进程也可以用；
在数据量不怎么大的跨进程通信的时候还是比较有用的；




#Socket通信

  • 这里说的不是网络上的socket，而是本地的；
  • 全双工，既可读又可写；
  • 可以用在两个无亲缘关系的进程之间的通信
  • socket在创建的时候需要指定一个路径， 只要把路径公开给别的进程， 别的进程就可以过来通信；

####Framework中哪里用到

  • 在Zygote模块， 通过socket接收请求，然后启动应用进程；
  • main函数是Zygote的logo函数， registerZygoteSocket()创建了一个本地的Socket， socketName通过argv接收Socket的名字， 接着进入runSelectLoop()，一个循环， 检测这个socket有没有新过来的连接或者是数据；

#####我们看runSelectLoop()：

  • 这里是一个循环，其中， poll()用来监测有没有我们关注的事件发生， 如果有的话，可能会有两种情况， 第一种，是可能会有新的连接； 第二种，就是有新的数据发过来， 这时候可以调用runOnce()来处理数据（先从Socket中把参数读出来， 根据参数去执行响应的指令，主要是创建应用进程， 应用进程启动之后，通过Socket把pid写给对方）
    所以我们可以看到Socket其实很方便， 它即可以读又可以写；




#共享内存

  • 很快，不需要多次拷贝； 拿到一个文件描述符（文件引用句柄），即把它映射到两个进程的内存空间， 这样，一个进程往里边写，另一个进程就能读到，运行速度非常快；
    相对的，管道和Socket传输的数据量都不能太大， 如果太大的话性能会很糟，因为里边涉及到至少两次拷贝；

  • 进程之间不用存在亲缘关系； 只需要能拿到文件描述符就好了； 文件描述符可以跨进程传递；

###Android中哪里用到

  • Android中涉及到进程之间大数据量传输的主要就是图像相关的传输；
  • 这里主要以MemoryFile为例， 这是Android的一个工具类， 封装了内存共享机制Ashmem，也就是匿名共享内存；

MemoryFile是android在最开始就引入的一套框架，其内部实际上是封装了android特有的内存共享机制Ashmem匿名共享内存，简单来说，Ashmem在Android内核中是被注册成一个特殊的字符设备，Ashmem驱动通过在内核的一个自定义slab缓冲区中初始化一段内存区域，然后通过mmap把申请的内存映射到用户的进程空间中（通过tmpfs），这样子就可以在用户进程中使用这里申请的内存了。

参考文章

  • MemoryFile的实现， 首先是调用native_open方法， 这个方法在native层其实是 通过下面这个方法首先创建了一块匿名共享内存：native_open方法会返回一个描述符（句柄）；

  • 接下来调用native_mmap函数， 这个函数在native层调用下面这个方法把描述符mFD映射到当前进程的内存空间， 内存空间的地址则返回过来，即例程中的mAddress；

  • 下面是MemoryFile的读和写

  • 读函数就是把数据从共享内存 读到应用层的buff中， SetByteArrayRegion()就是把native的buff数据拷到java数据流的；

  • 写函数则与读函数相反， 就是把数据从 应用层的buff拷到共享内存中 GetByteArrayRegion()就是把java数据流中的数据拷到native的buff的；




#信号

  • 单向的，只负责发出去，不接受回复的， 怎么处理，处理没有，处理结果怎么样都不管，是别人的事
  • 只能带个信号，不能带别的参数
  • 知道进程pid就能发信号， 可以一次给一群进程发信号
  • 必须是root权限才能发信号， 或者本进程跟另一进程的Userid相同， 本进程才能发信号；

###Android中哪里用到 ######例1

  • 有时候要kill应用进程， 就会调用Proces的killProces函数， 这个函数中其实就是给进程发送了一个SIGNAL_KILL信号， pid参数位就是要杀掉的进程pid； 当然不是想杀就能杀，同样这里是有权限控制的， 比如说本进程跟另一进程的Userid相同， 本进程才能发信号，杀掉另一个进程；

《开发艺术探索》中有一段类似的描述

  • 虽然我们的应用进程都是从Zygote那fork出来的， UID都是默认和Zygote相同的， 但是进程启动之后， 就会马上重新设置自己的UID的， 所以基于任意进程是不可以随便给别的进程发信号的；

zygote翻译成中文是受精卵的意思，名字比较奇怪、但是很有意思， zygote在android中主要有两个作用： 建立运行时环境并启动虚拟机，为应用程序创建DVM进程。 执行com.android.internal.os.ZygoteInit的main函数， 从而fork SystemService。 类似参考文章

######例2

  • 以上这个函数是Zygote用来关注信号的； 启动子进程之后，它需要关注子进程退出了没有， 如果子进程退出了，Zygote就要及时把子进程的资源给回收掉；




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