深入理解 Android：Binder 通信机制

Native 层 Binder 通信:

初始化 ProcessState:

  1. 单例模式，一个进程只能初始化一次；

  2. 构造函数初始化 mDriverFD 参数时，自动调用 open_driver()，打开 /dev/binder 设备，它是用于内核进程间通信的虚拟设备；

  3. 对 open_driver() 返回的 mDriverFD 对象，调用 nmap() 方法，为 Binder 分配内存用于接收数据；

获取 defaultServiceManager:

  1. defaultServiceManager() 函数内部调用了 ProcessState 的 getContextObject() 函数；

  2. 调用 getStrongProxyForHandle()，根据索引查找对应的资源，返回一个 BpBinder 对象(如果不存在则创建)；

BBinder/BpBinder:

  • BBinder 和 BpBinder 都继承自 IBinder，BpBinder 是客户端用来与 Server 交互的代理类;

  • Binder 系统通过 handle 标识对应的 BBinder，而 BpBinder 构造函数传入的 handle 为 0，即表示 ServiceManager 对应的 BBinder;

BPServiceManager:

  • 通过 DECLARE_META_INTERFACE 和 IMPLEMENT_META_INTERFACE 宏, 利用 BpBinder 对象创建 BpServiceManager 对象；

  • BpServiceManager 对象的 mRemote 变量指向了 BpBinder;

ServiceManager:

  • 集中管理系统所有服务(支持通过字符串查找)，并控制权限: svc_can_register() 判断注册服务的进程是否有权限，allowed 数组定义了具有 root 和 system 权限的进程列表；

  • binder_open()：调用 open() 打开 Binder 设备，并调用 mmap() 进行内存映射;

  • binder_become_context_manager()：调用负责系统 IO 通道管理的 ioctl() 函数将 handle 设为 0;

  • binder_loop()：for(;;) 调用 ioctl() 和 binder_parse() 处理请求;

注册 Service：

  1. 上面 defaultServiceManager() 返回的实际上是 BpServiceManager 对象;

  2. 调用 BpServiceManager 的 addService() 函数，把请求的数据打包为 Parcel 对象，传给 BpBinder 对象的 transact() 函数 (客户端 Service 需要实现 onTransact() 方法);

  3. BpBinder 对象的 transact() 函数调用了 IPCThreadState 的 transact() 函数；

通信 (IPCThreadState)：

  1. 每个线程都有唯一的、不共享的 ThreadLocalStorage(TLS);

  2. 每个线程都有一个 IPCThreadState，而每个 IPCThreadState 都有一个接收 Binder 数据的 mIn 对象和一个存储发往 Binder 数据的 mOut 对象；

  3. 调用 writeTransactionData() 写入数据：设置 binder_transaction_data 的 target 为传入的 handle，调用 mOut.write() 写入数据;

  4. 调用 waiteForResponse() 等待响应：

    1. while(1) 内部调用 talkWithDriver()，binder_write_read 是和 Binder 设备通信的数据结构；

    2. 处理 BR_ERROR、BR_TRANSACTION、BR_DEAD_BINDER、BR_SPAWN_LOOPER (需要创建新线程) 等消息；

处理 Dead 事件:

  1. 如果要在 Binder 通信中收到 Dead 通知，需要继承 IBinder::DeathRecipient 类，并实现 binderDied() 函数;

  2. 调用 BpBinder 的 linkToDeath() 函数可注册通知，调用 unlinkToDeath() 可取消注册；

  3. IPCThreadState 的 executeCommand() 函数在收到 BR_DEAP_BINDER 消息后，调用 BpBinder 的 sendObituary() 函数发通知;

开启并加入线程池：

  1. startThreadPool(): 创建一个 PoolThread 对象，它是 IPCThreadState 中定义的 Thread 子类；

  2. joinThreadPool(): 调用 androidSetThreadSchedulingGroup() 和 talkWithDriver();

Java层初始化Binder：

IBinder 接口：

  1. 内部定义了一个整型的 FLAG_ONEWAY 变量，用于 Java 层 Binder 请求的非阻塞调用（不用等待返回），而 Native 层 Binder 请求是阻塞的；

  2. Binder 类和 BinderProxy 均实现了 IBinder 接口；

服务端 Binder 类：

  1. 初始化 gBinderOffsets 对象，它保存了和 Binder 相关的 JNI 信息（MethodID 等）；

  2. 注册 JNI 函数；

BinderInternal 类：

  1. 专门用于 Binder，内部定义了一个 GcWatcher 类处理 Binder 相关垃圾回收；

  2. 初始化过程和 Binder 类似，也有 gBinderInternalOffsets 对象；

客户端 BinderProxy 类：

  1. 除了初始化 BinderProxy 类的 JNI 信息，还有 WeakReference 类和 Error 类；

Java 层 Binder 通信：

ServiceManager::addService:

  1. 调用 BinderInternal.getContextObject(), 创建 Java 层 BinderProxy 对象，它通过 JNI 和 Native 层的 BpProxy 挂钩，而 BpProxy 的通信目标就是 ServiceManager;

  2. 调用 IServiceManager.asInterface()，根据上面的 Proxy 对象创建 ServiceManagerProxy 对象，他会将请求打包给 BpProxy，最终由 BpProxy 发给 Binder 驱动；

  3. 调用 ServiceManagerProxy.addService()，内部调用 Parcel.writeStrongBuffer() 和 BinderProxy.transact(), 最终还是会调用 Native 层的 BinderProxy.transact()；

  4. Parcel.writeStrongBuffer() 添加的实际上是一个 JavaBBinder 对象；

JavaBBinder/JavaBBinderHolder/Binder:

  1. Native 的 JavaBBinder 通过 mObject 变量指向 Java 层 Binder; 收到请求时调用绑定的 Binder 层 onTransact() 方法；

  2. Java 层 Binder 通过 mObject 变量指向 Native 的 JavaBBinderHolder;

  3. JavaBBinderHolder 通过 mBinder 变量指向 JavaBBinder,它仅从 RefBase 派生;

ServiceManager 响应客户端 Binder 请求：

调用 Binder 类的 execTransact() 方法，内部调用 onTransact() 方法，具体 Sercvice 需实现这个方法；


参考：

《深入理解 Android: 卷 I》