Binder系列—开篇

基于Android 6.0的源码剖析

一、概述

Android系统中，每个应用程序是由Android的Activity，Service，Broadcast，ContentProvider这四剑客的中一个或多个组合而成，这四剑客所涉及的多进程间的通信底层都是依赖于Binder IPC机制。例如当进程A中的Activity要向进程B中的Service通信，这便需要依赖于Binder IPC。不仅于此，整个Android系统架构中，大量采用了Binder机制作为IPC（进程间通信）方案，当然也存在部分其他的IPC方式，比如Zygote通信便是采用socket。

Binder作为Android系统提供的一种IPC机制，无论从事系统开发还是应用开发，都应该有所了解，这是Android系统中最重要的组成，也是最难理解的一块知识点，错综复杂。要深入了解Binder机制，最好的方法便是阅读源码，借用Linux鼻祖Linus Torvalds曾说过的一句话：Read The Fucking Source Code。

二、 Binder

2.1 IPC原理

从进程角度来看IPC机制

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。

2.2 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。架构图如下所示：

可以看出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，要掌握Binder机制，首先需要了解系统是如何首次启动Service Manager。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。

1. 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。
2. 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。
3. 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。

2.3 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。

三、 提纲

在后续的Binder源码分析过程中所涉及的源码，会有部分的精简，主要是去掉所有log输出语句，已减少代码篇幅过于长。通过前面的介绍，下面罗列一下关于Binder系列文章的提纲：

• Binder系列1—Binder Driver初探
• Binder系列2—Binder Driver再探
• Binder系列3—启动Service Manager
• Binder系列4—获取Service Manager
• Binder系列5—注册服务(addService)
• Binder系列6—获取服务(getService)
• Binder系列7—framework层分析
• Binder系列8—如何使用Binder
• Binder系列9—如何使用AIDL
• Binder系列10—总结

文章是从底层驱动往上层写的，这并不适合大家的理解，建议读者还是从上层往底层看。下面说说这个系列文章之间的彼此联系，也是对你阅读顺序的一个建议，更好的建议，大家可以上微博跟@Gityuan，或许邮件跟我进行交流与反馈：

首先阅读Binder系列5—注册服务(addService)和Binder系列6—获取服务(getService)，这两个过程都需要于ServiceManager打交道，那么这两个过程在开始之前都需要Binder系列4—获取Service Manager，既然要获取Service Manager，那么就需要先Binder系列3—启动Service Manager。在看Binder服务的注册和获取这两个过程中，不断追溯下去，最终调用到底层Binder底层驱动，这时需要了解Binder系列1—Binder Driver初探和Binder系列2—Binder Driver再探。

看完Binder系列1~系列6，那么对Binder的整个流程会有一个比较清晰的认知，这还只是停留在Native层(C/C++)。接下来，可以看看上层Binder系列7—framework层分析的Binder架构情况，Java层 Binder架构的核心逻辑都是交由Native架构来完成，更多的是对Binder的一个封装过程，只有真正理解了Native层Binder架构，才能算掌握的Binder。

前面的这些都是讲述Binder整个流程以及原理，再接下来你可能想要自己写一套Binder的C/S架构服务。如果你是系统工程师可能会比较关心Native层和framework层分别该如何实现自己的自定义的Binder通信服务，见Binder系列8—如何使用Binder；如果你是应用开发工程师则应该更关心App是如何使用Binder的，那么可以查看文章Binder系列9—如何使用AIDL。

最后是对Binder的一个简单总结Binder系列10—总结。

四. 源码目录

从上之下, 整个Binder架构所涉及的总共有以下5个目录:

/framework/base/core/java/               (Java)
/framework/base/core/jni/                (JNI)
/framework/native/libs/binder            (Native)
/framework/native/cmds/servicemanager/   (Native)
/kernel/drivers/staging/android          (Driver)

4.1 Java framework

/framework/base/core/java/android/os/  
    - IInterface.java
    - IBinder.java
    - Parcel.java
    - IServiceManager.java
    - ServiceManager.java
    - ServiceManagerNative.java
    - Binder.java  


/framework/base/core/jni/    
    - android_os_Parcel.cpp
    - AndroidRuntime.cpp
    - android_util_Binder.cpp (核心类)

4.2 Native framework

/framework/native/libs/binder         
    - IServiceManager.cpp
    - BpBinder.cpp
    - Binder.cpp
    - IPCThreadState.cpp (核心类)
    - ProcessState.cpp  (核心类)

/framework/native/include/binder/
    - IServiceManager.h
    - IInterface.h

/framework/native/cmds/servicemanager/
    - service_manager.c
    - binder.c

4.3 Kernel

/kernel/drivers/staging/android/
    - binder.c
    - uapi/binder.h

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