Android中的binder機制詳解
Binder做為Android中核心機制，對于理解Android系統(tǒng)是必不可少的，關于binder的文章也有很多，但是每次看總感覺看的不是很懂，到底什么才是binder機制？為什么要使用binder機制？binder機制又是怎樣運行的呢？這些問題只是了解binder機制是不夠的，需要從Android的整體系統(tǒng)出發(fā)來分析，在我找了很多資料后，真正的弄懂了binder機制，相信看完這篇文章大家也可以弄懂binder機制。
1、Binder是什么？要理解binder，先要知道IPC，Inter-process communication ,也就是進程中相互通信，Binder是Android提供的一套進程間相互通信框架。用來多進程間發(fā)送消息，同步和共享內存。已有的進程間通信方式有一下幾種：
1、Files 文件系統(tǒng)（包括內存映射） 2、Sockets 3、Pipes 管道 4、共享內存 5、Intents, ContentProviders, Messenger 6、BinderAndroid系統(tǒng)中的Binder框架圖如下：
拿Activity舉例從上圖可以看出來：Activity是由ActivityManager來控制的，而ActivityManager其實是通過Binder獲取ActivityManagerService服務來控制Activity的，并且ActivityManager是Android系統(tǒng)FrameWork層的，和應用中的activity不是同一個進程。重點：
1、Binder是Android提供的一套進程間通信框架。
2、系統(tǒng)服務ActivityManagerService,LocationManagerService，等都是在單獨進程中的，使用binder和應用進行通信。
2、Android系統(tǒng)框架
如上圖，Android系統(tǒng)分成三層。最上層是application應用層，第二層是Framework層，第三層是native層。 由下圖可知幾點：1、Android中的應用層和系統(tǒng)服務層不在同一個進程，系統(tǒng)服務在單獨的進程中。
2、Android中不同應用屬于不同的進程中。
Android應用和系統(tǒng)services運行在不同進程中是為了安全，穩(wěn)定，以及內存管理的原因，但是應用和系統(tǒng)服務需要通信和分享數(shù)據(jù)。
優(yōu)點
安全性：每個進程都單獨運行的，可以保證應用層對系統(tǒng)層的隔離。
穩(wěn)定性：如果某個進程崩潰了不會導致其他進程崩潰。
內存分配：如果某個進程以及不需要了可以從內存中移除，并且回收相應的內存。
3、Binder通信client請求service服務，比如說Activity請求Activity ManagerService服務，由于Activity和ActivityManagerService是在兩個不同的進程中的，那么下圖是一個很直觀的請求過程。
但是注意，一個進程是不能直接直接操作另一個進程的，比如說讀取另一個進程的數(shù)據(jù)，或者往另一個進程的內存空間寫數(shù)據(jù)，進程之間的通信要通過內核進程才可以，因此這里就要使用到進程通信工具Binder了如下圖：
Binder driver通過/dev/binder /dev/binder 提供了 open, release release, poll poll, mmap mmap, flush flush, and ioctl等操作的接口api。這樣進程A和進程B就可以通過內核進程進行通信了。進程中大部分的通信都是通過ioctl（binderFd, BINDER_WRITE_READ, &bwd）來進行的。bwd 的定義如下：
struct binder_write_read { signed long write_size;/* bytes to write */ signed long write_consumed; /* bytes consumed by driver */ unsigned long write_buffer; signed long read_size; /* bytes to read */ signed long read_consumed; /* bytes consumed by driver */ unsigned long read_buffer; };
但是上面還有個問題就是client和service要直接和binder driver打交道，但是實際上client和service并不想知道binder相關協(xié)議，所以進一步client通過添加proxy代理，service通過添加stub來進一步處理與binder的交互。
這樣的好處是client和service都可以不用直接去和binder打交道。上面的圖好像已經(jīng)很完善了，但是Android系統(tǒng)更進一步封裝，不讓client知道Binder的存在，Android系統(tǒng)提供了Manager來管理client。如下圖：
這樣client只需要交給manager來管理就好了，根本就不用關心進程通信相關的事，關于manager其實是很熟悉的，比如說activity的就是由ActivityManager來控制的，ActivityManager是通過Binder獲取ActivityManagerService來控制activity的。這樣就不用我們自己來使用Binder來ActivityManagerService通信了。更進一步，client是如何具體獲取到哪個service的呢？如下圖所示：
在service和binder之間還有一個contextManager，也就是serviceManager，每一個service要先往serviceManager里面進行注冊，注冊完成之后由serviceManager統(tǒng)一管理。 在Android studio中可以通過adb指定打印出當前已經(jīng)注冊過serviceManager的service。
$ adb shell service list Found 71 services: 0 sip: [android.net.sip.ISipService] 1 phone: [com.android.internal.telephony.ITelephony] … 20 location: [android.location.ILocationManager] … 55 activity: [android.app.IActivityManager] 56 package: [android.content.pm.IPackageManager] … 67 SurfaceFlinger: [android.ui.ISurfaceComposer] 68 media.camera: [android.hardware.ICameraService] 69 media.player: [android.media.IMediaPlayerService] 70 media.audio_flinger: [android.media.IAudioFlinger]
下圖是一次更加完整的client和service的通信流程：
在看Binder框架之前，先來看一下，從client發(fā)出請求service的完整的流程。
獲取服務過程：
第一步：client要請求服務，比如說在activity中調用context.getSystemService()方法，這個時候serviceManager就會使用getService（name），然后就會調用到native層中的ServiceManagerNative類中的getService(name)方法。
第二步：ServiceManagerNative會通過Binder發(fā)送一條SVG_MGR_GET_SERVICE的指令，然后通過svcmgr_handler()調用do_find_service（）方法去svc_list中查找到相關的service。
第三步：查找到相應的服務后就會通過Binder將服務傳給ServiceManagerNative，然后傳給serviceManager，最后client就可以使用了。
注意： 服務實在svclist中保存的，svclist是一個鏈表，因此客戶端調用的服務必須要先注冊到svclist中。
注冊服務過程：
第一步： service通過調用serviceManager中的addService方法，然后調用ServiceManagerNative類中的addservice(name)方法。
第二步： ServiceManagerNative會通過Binder發(fā)送一條SVG_MGR_ADD_SERVICE的指令，然后通過svcmgr_handler()調用do_add_service（）方法往svc_list中添加相應的service。
重點：所有的服務都要先注冊到svc_list中才能被client調用到。svc_list以linkedlist的形式保存這些服務。
Binder結構設計 要了解binder的結構設計，就要了解Android的體系結構，Android是分成application層，framework層native層，以及內核層，Binder設計在每一層上都有不同的抽象。如下圖：
由上圖可知Binder的整體設計總共有四層：1、Java層AIDL。
2、Framework層， Android.os.Binder 。
framework層中最重要的數(shù)據(jù)結構是transaction，有一下幾個默認的：
3、Native 層: libBinder.cpp
在native層主要是libBinder
4、內核層 內核層的通信都是通過ioctl來進行的，client打開一個ioctl,進入到輪詢隊列，一直阻塞直到時間到或者有消息。
1、代理模式（Proxy Pattern ） 在Android中client不是直接去和binder打交道，client直接和Manager交互，而manager和managerProxy交互，也就是說client是通過managerProxy去和binder進行交互的。同時service也不是直接和binder交互，而是通過stub去和binder交互。如下圖。
2、Bridge Pattern 如下圖，應用層也就是Java層要使用MediaPlayer,就要調用native層中的MediaPlayer.cpp，但是MediaPlay.java不是直接去跟JNI打交道，而是通過與MediaPlayerSevice通信，從而經(jīng)過Binder返回的。
Binder IPC 是基于內存映射（mmap）來實現(xiàn)的，但是 mmap() 通常是用在有物理介質的文件系統(tǒng)上的。
比如進程中的用戶區(qū)域是不能直接和物理設備打交道的，如果想要把磁盤上的數(shù)據(jù)讀取到進程的用戶區(qū)域，需要兩次拷貝（磁盤-->內核空間-->用戶空間）；通常在這種場景下 mmap() 就能發(fā)揮作用，通過在物理介質和用戶空間之間建立映射，減少數(shù)據(jù)的拷貝次數(shù)，用內存讀寫取代I/O讀寫，提高文件讀取效率。
而 Binder 并不存在物理介質，因此 Binder 驅動使用 mmap() 并不是為了在物理介質和用戶空間之間建立映射，而是用來在內核空間創(chuàng)建數(shù)據(jù)接收的緩存空間。
一次完整的 Binder IPC 通信過程通常是這樣：
首先 Binder 驅動在內核空間創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)接收緩存區(qū)； 接著在內核空間開辟一塊內核緩存區(qū)，建立內核緩存區(qū)和內核中數(shù)據(jù)接收緩存區(qū)之間的映射關系，以及內核中數(shù)據(jù)接收緩存區(qū)和接收進程用戶空間地址的映射關系； 發(fā)送方進程通過系統(tǒng)調用 copyfromuser() 將數(shù)據(jù) copy 到內核中的內核緩存區(qū)，由于內核緩存區(qū)和接收進程的用戶空間存在內存映射，因此也就相當于把數(shù)據(jù)發(fā)送到了接收進程的用戶空間，這樣便完成了一次進程間的通信。 如下圖：
1、rts.lab.asu.edu/web_438/pro…
2、rts.lab.asu.edu/web_438/pro…
以上就是Android中的binder機制詳解的詳細內容，更多關于Android binder的資料請關注好吧啦網(wǎng)其它相關文章！
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