Binder系列---服务添加过程(1)一 Binder基础 IPC原理每个Android的进程，只能运行在自己进程所

一 Binder基础

IPC原理

每个Android的进程，只能运行在自己进程所拥有的虚拟地址空间。对应一个4GB的虚拟地址空间，其中3GB是用户空间，1GB是内核空间，当然内核空间的大小是可以通过参数配置调整的。对于用户空间，不同进程之间彼此是不能共享的，而内核空间却是可共享的。Client进程向Server进程通信，恰恰是利用进程间可共享的内核内存空间来完成底层通信工作的，Client端与Server端进程往往采用ioctl等方法跟内核空间的驱动进行交互。

Binder原理

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。无论是注册服务和获取服务的过程都需要ServiceManager，需要注意的是此处的Service Manager是指Native层的ServiceManager（C++），并非指framework层的ServiceManager(Java)。ServiceManager是整个Binder通信机制的大管家，是Android进程间通信机制Binder的守护进程。当Service Manager启动之后，Client端和Server端通信时都需要先获取Service Manager接口，才能开始通信服务。

图中Client/Server/ServiceManage之间的相互通信都是基于Binder机制。既然基于Binder机制通信，那么同样也是C/S架构，则图中的3大步骤都有相应的Client端与Server端。

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。

图中的Client,Server,Service Manager之间交互都是虚线表示，是由于它们彼此之间不是直接交互的，而是都通过与Binder驱动进行交互的，从而实现IPC通信方式。其中Binder驱动位于内核空间，Client,Server,Service Manager位于用户空间。Binder驱动和Service Manager可以看做是Android平台的基础架构，而Client和Server是Android的应用层，开发人员只需自定义实现client、Server端，借助Android的基本平台架构便可以直接进行IPC通信。

C/S模式

BpBinder(客户端)和BBinder(服务端)都是Android中Binder通信相关的代表，它们都从IBinder类中派生而来，关系图如下：

client端：BpBinder.transact()来发送事务请求；
server端：BBinder.onTransact()会接收到相应事务。

二注册服务(addService)

main_mediaserver.cpp

int main(int argc __unused, char** argv)
{
    //获得ProcessState实例对象
    sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());
    //获取BpServiceManager对象
    sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
    //注册多媒体服务
    MediaPlayerService::instantiate();
    //启动Binder线程池
    ProcessState::self()->startThreadPool();
    //当前线程加入到线程池
    IPCThreadState::self()->joinThreadPool();
 }

1. ProcessState

ProcessState::self()

sp<ProcessState> ProcessState::self()
{
    Mutex::Autolock _l(gProcessMutex);
    if (gProcess != NULL) {
        return gProcess;
    }
    //实例化ProcessState 
    gProcess = new ProcessState;
    return gProcess;
}

获得ProcessState对象: 这也是单例模式，从而保证每一个进程只有一个ProcessState对象。

ProcessState初始化

ProcessState::ProcessState()
    : mDriverFD(open_driver()) // 打开Binder驱动
    , mVMStart(MAP_FAILED)
    , mThreadCountLock(PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER)
    , mThreadCountDecrement(PTHREAD_COND_INITIALIZER)
    , mExecutingThreadsCount(0)
    , mMaxThreads(DEFAULT_MAX_BINDER_THREADS)
    , mManagesContexts(false)
    , mBinderContextCheckFunc(NULL)
    , mBinderContextUserData(NULL)
    , mThreadPoolStarted(false)
    , mThreadPoolSeq(1)
{
    if (mDriverFD >= 0) {
        //采用内存映射函数mmap，给binder分配一块虚拟地址空间
        mVMStart = mmap(0, BINDER_VM_SIZE, PROT_READ, MAP_PRIVATE | MAP_NORESERVE, mDriverFD, 0);
        if (mVMStart == MAP_FAILED) {
            close(mDriverFD); //没有足够空间分配给/dev/binder,则关闭驱动
            mDriverFD = -1;
        }
    }
}

ProcessState的单例模式的惟一性，因此一个进程只打开binder设备一次,其中ProcessState的成员变量mDriverFD记录binder驱动的fd，用于访问binder设备。
BINDER_VM_SIZE = (1*1024*1024) - (4096 *2), binder分配的默认内存大小为1M-8k。
DEFAULT_MAX_BINDER_THREADS = 15，binder默认的最大可并发访问的线程数为16。

open_driver

static int open_driver()
{
    // 打开/dev/binder设备，建立与内核的Binder驱动的交互通道
    int fd = open("/dev/binder", O_RDWR);
    if (fd >= 0) {
        // 通过ioctl设置binder驱动，能支持的最大线程数
        result = ioctl(fd, BINDER_SET_MAX_THREADS, &maxThreads);
    } else {
        ALOGW("Opening '/dev/binder' failed: %s\n", strerror(errno));
    }
    return fd;
}

open_driver作用是打开/dev/binder设备，设定binder支持的最大线程数。ProcessState采用单例模式，保证每一个进程都只打开一次Binder Driver。

mmap

//原型
void* mmap(void* addr, size_t size, int prot, int flags, int fd, off_t offset) 
//此处 mmap(0, BINDER_VM_SIZE, PROT_READ, MAP_PRIVATE | MAP_NORESERVE, mDriverFD, 0);

参数说明：

addr: 代表映射到进程地址空间的起始地址，当值等于0则由内核选择合适地址，此处为0；
size: 代表需要映射的内存地址空间的大小，此处为1M-8K；
prot: 代表内存映射区的读写等属性值，此处为PROT_READ(可读取);
flags: 标志位，此处为MAP_PRIVATE(私有映射，多进程间不共享内容的改变)和 MAP_NORESERVE(不保留交换空间)
fd: 代表mmap所关联的文件描述符，此处为mDriverFD；
offset：偏移量，此处为0。

mmap()经过系统调用，执行binder_mmap过程。

2 服务注册

instantiate

void MediaPlayerService::instantiate() {
    //注册服务
    defaultServiceManager()->addService(String16("media.player"), new MediaPlayerService());
}

注册服务MediaPlayerService：由defaultServiceManager()返回的是BpServiceManager，同时会创建ProcessState对象和BpBinder对象。故此处等价于调用BpServiceManager->addService。

BpServiceManager.addService()

IServiceManager.cpp

virtual status_t addService(const String16& name, const sp<IBinder>& service, bool allowIsolated) {
    Parcel data, reply; //Parcel是数据通信包
    //写入头信息"android.os.IServiceManager"
    data.writeInterfaceToken(IServiceManager::getInterfaceDescriptor());   
    data.writeString16(name);        // name为 "media.player"
    data.writeStrongBinder(service); // MediaPlayerService对象
    data.writeInt32(allowIsolated ? 1 : 0); // allowIsolated= false
    //remote()指向的是BpBinder对象
    status_t err = remote()->transact(ADD_SERVICE_TRANSACTION, data, &reply);
    return err == NO_ERROR ? reply.readExceptionCode() : err;
}

服务注册过程：向ServiceManager注册服务MediaPlayerService，服务名为”media.player”.

writeStrongBinder

status_t Parcel::writeStrongBinder(const sp<IBinder>& val)
{
    return flatten_binder(ProcessState::self(), val, this);
}

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Binder系列---服务添加过程(1)