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[Android5.1]Binder机制学习---Binder框架

2016-05-20 18:14 357 查看

Binder框架

Android系统中Binder机制的大体框架如下图所示：

client：客户端进程

server：服务端进程

ServiceManager：一个特殊的server，用来注册、管理其他的server

/dev/binder：binder设备，进程间的通信就是通过该设备实现的

其中client、server和ServiceManager在用户空间，binder设备文件和binder驱动在内核空间。从上图还可以看到，client、server和ServiceManager三者之间没有交互，而是通过open/mmap/ioctl三个函数与binder驱动进行交互，从而间接地实现彼此之间的通信。

Binder通信架构

Binder的进程间通信架构如下所示：

可以看出，Binder采用的是Client/Server的通信模式。通信过程大致如下：

server（比如MediaPlayService）调用ServiceManager的addService接口函数，注册服务；

client（比如MediaPlay）调用ServiceManager的getService接口函数，查询并获取server的远程接口；

client使用该远程接口，向server发送请求；

server处理请求，并返回响应结果。

当然，client/server调用ServiceManager接口函数前，先要通过defaultServiceManager函数获得ServiceManager的远程接口，然后使用该远程接口，调用add/get等接口函数。

Binder框架Native层软件结构

到底client和server之间是怎样进行通信的呢？Binder框架提供了一整套的软件架构，由各种各样的类和继承关系构成。用户只要遵循该软件架构中定义的继承关系、接口实现等，就可以实现自定义的server，以及完成client和server将的通信。

注：这里只分析C++层的软件，java层只是多了对c++层的封装，原理是一样的。

软件架构的分层如下图所示：

服务端视角的类继承关系图：

客户端视角的类继承关系图：

Binder驱动

binder进程间通信的核心实现代码，位于kernel层，c语言实现。

Binder适配层

封装了对/dev/binder的具体操作，实现用户空间进程和binder驱动的交互。

ProcessState：打开/dev/binder，并将句柄存放在成员变量mDriveFD中；通过mmap来把设备文件/dev/binder映射到内存中。

IPCThreadState：该类中有一个ProcessState类型的对象mProcess，使用mProcess就可以与binder进行通信。实际上，上层的的软件都是使用该类与binder进行通信。当client向server发送请求时，经过层层调用，最终调用IPCThreadState::transact()向binder驱动发送请求；当IPCThreadState收到client的请求后，调用IPCThreadState::executeCommand()处理请求，其中会进一步调用服务对象BBinder::transact()方法，BBinder::transact()中又继续调用BBinder派生类BnXXXService重写的onTransact()方法，从而处理client的请求。

Binder抽象层

IBinder：接口类，里面定义的都是虚函数，由继承类BpBinder、BBinder具体实现。其中有一个很重要的虚函数IBinder::transact()，实现client和server间的通信。

BpBinder：Binder代理对象，内部有一个成员变量mHandle，记录了远程服务对象的handle。

BpRefBase：内部有一个成员变量mRemote，类型为IBinder*，实现类为BpBinder。BpXXXService通过该类，间接获得远程服务对象的handle，这是一个Bridge设计模式。

BBinder：Binder本地服务对象。

Binder接口层

IInterface：binder service接口（比如IServiceManager、 IMediaPlayService等）必须继承自IInterface。

主要是定义了asBinder()和纯虚函数onAsBinder()。其中，asBinder()直接调用onAsBinder()，onAsBinder()具体在BnInterface和BpInterface中实现。

BpInterface：模板类，会继承两个类，IInterface和BpRefBase，然后BpXXXService继承该类。

BnInterface：模板类，模板类，会继承两个类，IInterface和BBinder，然后BnXXXService继承该类。

Binder应用层

IXXXXService：大部分成员函数是虚函数，由BpXXXService和BnXXXService实现，有个asInterface函数，用来new BpXXXService(obj)并返回，其中的输入参数obj就是客户端调用IServiceManager::getServie返回的BpBinder对象，这样 BpXXXService就得到了服务代理。

BpXXXService：打包请求参数，其中包括一个功能码。然后调用remote()->transact()向服务端发送请求。由于BpXXXService通过BpInteface间接继承BpRefBase，因此这里的remote()就是BpRefBase::remote()，返回值为IBinder*类型mRemote，mRemote是IBinder接口类的实现子类BpBinder的对象引用。transact()在IBinder中定义，并在BpBinder中具体实现。于是“remote()->transact()”即BpBinder::transact()，该函数将打包的请求发送给服务端。

BnXXXService：解包客户端发来的请求，并处理。上面介绍IPCThreadState时讲了，当IPCThreadState收到客户端的请求后，经过层层调用，最终调用BnXXXService::onTransact()。该函数根据请求参数中的功能码，完成相应的操作，并返回结果。

注意：BpXXXService和BnXXXService定义的功能码必须一致。