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Android内幕:Binder驱动的原理和实现

gecimao 发表于 2019-05-08 23:52 | 查看: | 回复:

  】IT168移动频道通过上一节Android的IPC机制-Binder的介绍,大家应该对Binder有了基本的认识了。任何上层应用程序接口和用户操作都需要底层硬件设备驱动的支持,并为其提供各种操作接口。本节首先从Binder的驱动实现入手,分析其原理和它提供给用户层使用的接口。

  为了完成进程间通信,Binder采用了AIDL(Android Interface Definition Language)来描述进程间的接口。在实际的实现中,Binder是作为一个特殊的字符型设备而存在的,设备节点为/dev/binder,其实现遵循Linux设备驱动模型,实现代码主要涉及以下文件:

  在其驱动的实现过程中,主要通过binder_ioctl函数与用户空间的进程交换数据。BINDER_WRITE_READ用来读写数据,数据包中有一个cmd域用于区分不同的请求。binder_thread_write函数用于发送请求或返回结果,而binder_thread_read函数则用于读取结果。在binder_thread_write函数中调用binder_transaction函数来转发请求并返回结果。当收到请求时,binder_transaction函数会通过对象的handle找到对象所在的进程,如果handle为空,就认为对象是context_mgr,把请求发给context_mgr所在的进程。请求中所有的Binder对象全部放到一个RB树中,最后把请求放到目标进程的队列中,等待目标进程读取。数据的解析工作放在binder_parse()中实现;关于如何生成context_mgr,内核中提供了BINDER_SET_CONTEXT_ MGR命令来完成此项功能。下面我们就来看看Binder驱动究竟是如何实现的。

  上面我们已经对Binder驱动的原理进行了分析,在开始分析驱动的实现之前,我们还是通过一个例子来说明Binder在实际应用中应该如何运用,以及它能帮我们解决什么样的问题。这样会更容易帮助大家理解Binder驱动的实现。比如,A进程如果要使用B进程的服务,B进程首先要注册此服务,A进程通过Binder获取该服务的hanlde,通过这个handle,A进程就可以使用该服务了。此外,你可以把handle理解成地址。A进程使用B进程的服务还意味着二者遵循相同的协议,这个协议反映在代码上就是二者要实现IBinder接口。

  Binder不仅是Android系统中的一个完善的IPC机制,它也可以被当作Android系统的一种RPC(远程过程调用)机制,因为Binder的功能就是在本地“执行”其他进程的功能。因此,进程在通过Binder获取将要调用的进程服务时,可以是一个本地对象,也可以是一个远程服务的“引用”。这一点可能比较难以理解,稍候就会为大家分析,这里就先记住Binder不仅可以与本地进程通信,还可以与远程进程通信;这里的本地进程就是我们所说的本地对象,而远程进程则是我们所说的远程服务的一个“引用” 。[1]

  Binder的实质就是要把对象从一个进程映射到另一个进程中,而不管这个对象是本地的还是远程的。如果是本地对象,更好理解;如果是远程对象,就按照我们上面所讲的来理解,即将远程对象的“引用”从一个进程映射到另一个进程中,于是当使用这个远程对象时,实际上就是使用远程对象在本地的一个“引用”,类似于把这个远程对象当作一个本地对象在使用。这也就是Binder与其他IPC机制不同的地方。

  这个本地“对象”与远程对象的“引用”有什么不同呢?本地“对象”表示本地进程的地址空间的一个地址,而远程对象的“引用”则是一个抽象的32位句柄。它们之间是互斥的:所有的进程本地对象都是本地进程的一个地址(address、ptr、binder),所有的远程进程的对象的“引用”都是一个句柄。对于发送者进程来说,不管是“对象”还是“引用”,它都会认为被发送的Binder对象是一个远程对象的句柄(即远程对象的“引用”)。但是,当Binder对象的数据被发送到远端接收进程时,远端接收进程则会认为该Binder对象是一个本地对象地址(即本地对象)。正如我们之前说的,当Binder对象被接收进程接收后,不管该Binder对象是本地的还是远程的,它都会被当作一个本地进程来处理。因此,从第三方的角度来说,尽管名称不同,对于一次完整的Binder调用,都将指向同一个对象,Binder驱动则负责两种不同名称的对象的正确映射,这样才能把数据发送给正确的进程进行通信。这个映射关系也是进程间引用对象的基础,对一个对象的引用,在远程是句柄,在本地则是地址(即本地对象的地址)。

  后续IT168移动频道会介绍分析该机制中所使用的数据结构体,然后再对整个流程进行分析,敬请关注。

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