Android Binder跨进程通信

2018-10-22 11:22:36 浏览数 (7)

前言

  • 如果你接触过 跨进程通信 （IPC），那么你对Binder一定不陌生
  • 虽然 网上有很多介绍 Binder的文章，可是存在一些问题：浅显的讨论Binder机制 或 一味讲解 Binder源码、逻辑不清楚，最终导致的是读者们还是无法形成一个完整的Binder概念
  • 本文采用 清晰的图文讲解方式，按照 大角度 -> 小角度 去分析Binder，即：
    1. 先从 机制、模型的角度 去分析 整个Binder跨进程通信机制的模型
    2. 再 从源码实现角度，分析 Binder在 Android中的具体实现

从而全方位地介绍 Binder，希望你们会喜欢。

目录

  1. Binder到底是什么?
  • 中文即 粘合剂，意思为粘合了两个不同的进程
  • 网上有很多对Binder的定义，但都说不清楚：Binder是跨进程通信方式、它实现了IBinder接口，是连接 ServiceManager的桥梁blabla，估计大家都看晕了，没法很好的理解
  • 我认为：对于Binder的定义，在不同场景下其定义不同

在本文的讲解中，按照 大角度 -> 小角度 去分析Binder，即：

  • 先从 机制、模型的角度 去分析 整个Binder跨进程通信机制的模型 其中，会详细分析模型组成中的 Binder驱动
  • 再 从源码实现角度，分析 Binder在 Android中的具体实现

从而全方位地介绍 Binder，希望你们会喜欢。

2. 知识储备

在讲解Binder前，我们先了解一些基础知识

2.1 进程空间分配

  • 一个进程空间分为 用户空间 & 内核空间（Kernel），即把进程内 用户 & 内核 隔离开来
  • 二者区别：
    1. 进程间，用户空间的数据不可共享，所以用户空间 = 不可共享空间
    2. 进程间，内核空间的数据可共享，所以内核空间 = 可共享空间
  • 进程内 用户 与 内核 进行交互 称为系统调用

2.2 进程隔离

为了保证 安全性 & 独立性，一个进程 不能直接操作或者访问另一个进程，即Android的进程是相互独立、隔离的

2.3 跨进程通信（ IPC ）

  • 隔离后，由于某些需求，进程间 需要合作 / 交互
  • 跨进程间通信的原理
    1. 先通过 进程间 的内核空间进行 数据交互
    2. 再通过 进程内 的用户空间 & 内核空间进行 数据交互，从而实现 进程间的用户空间 的数据交互

而Binder，就是充当 连接 两个进程（内核空间）的通道。

3. Binder 跨进程通信机制 模型

3.1 模型原理

Binder 跨进程通信机制 模型 基于 Client - Server 模式，模型原理图如下：

相信我，一张图就能解决问题

3.2 额外说明

说明1：Client进程、Server进程 & Service Manager 进程之间的交互都必须通过Binder驱动（使用 open 和 ioctl文件操作函数），而非直接交互 **

原因：

  1. Client进程、Server进程 & Service Manager进程属于进程空间的用户空间，不可进行进程间交互
  2. Binder驱动 属于 进程空间的 内核空间，可进行进程间 & 进程内交互

所以，原理图可表示为以下：

虚线表示并非直接交互

说明2：
Binder驱动 & Service Manager进程 属于 Android基础架构（即系统已经实现好了）；而Client 进程 和 Server 进程 属于Android应用层（需要开发者自己实现）

所以，在进行跨进程通信时，开发者只需自定义Client & Server 进程 并 显式使用上述3个步骤，最终借助 Android的基本架构功能就可完成进程间通信

说明3：Binder请求的线程管理
  • Server进程会创建很多线程来处理Binder请求
  • 管理Binder模型的线程是采用Binder驱动的线程池，并由Binder驱动自身进行管理 而不是由Server进程来管理的
  • 一个进程的Binder线程数默认最大是16，超过的请求会被阻塞等待空闲的Binder线程。 所以，在进程间通信时处理并发问题时，如使用ContentProvider时，它的CRUD（创建、检索、更新和删除）方法只能同时有16个线程同时工作
  • 至此，我相信大家对Binder 跨进程通信机制 模型 已经有了一个非常清晰的定性认识
  • 下面，我将通过一个实例，分析Binder跨进程通信机制 模型在 Android中的具体代码实现方式 即分析 上述步骤在Android中具体是用代码如何实现的

4. Binder机制 在Android中的具体实现原理

  • Binder机制在 Android中的实现主要依靠 Binder类，其实现了IBinder 接口 下面会详细说明
  • 实例说明：Client进程 需要调用 Server进程的加法函数（将整数a和b相加） 即：
    1. Client进程 需要传两个整数给 Server进程
    2. Server进程 需要把相加后的结果 返回给Client进程
  • 具体步骤 下面，我会根据Binder 跨进程通信机制 模型的步骤进行分析

步骤1：注册服务

  • 过程描述 Server进程 通过Binder驱动 向 Service Manager进程 注册服务
  • 代码实现 Server进程 创建 一个 Binder 对象
    1. Binder 实体是 Server进程 在 Binder 驱动中的存在形式
    2. 该对象保存 Server 和 ServiceManager 的信息（保存在内核空间中）
    3. Binder 驱动通过 内核空间的Binder 实体 找到用户空间的Server对象

注册服务后，Binder驱动持有 Server进程创建的Binder实体

步骤2：获取服务

  • Client进程 使用 某个 service前（此处是 相加函数），须 通过Binder驱动 向 ServiceManager进程 获取相应的Service信息
  • 具体代码实现过程如下：

此时，Client进程与 Server进程已经建立了连接

步骤3：使用服务

Client进程 根据获取到的 Service信息（Binder代理对象），通过Binder驱动 建立与 该Service所在Server进程通信的链路，并开始使用服务

  • 过程描述
    1. Client进程 将参数（整数a和b）发送到Server进程
    2. Server进程 根据Client进程要求调用 目标方法（即加法函数）
    3. Server进程 将目标方法的结果（即加法后的结果）返回给Client进程
  • 代码实现过程

步骤1： Client进程 将参数（整数a和b）发送到Server进程

步骤2：Server进程根据Client进要求 调用 目标方法（即加法函数）

步骤3：Server进程 将目标方法的结果（即加法后的结果）返回给Client进程

  • 总结 下面，我用一个原理图 & 流程图来总结步骤3的内容

原理图

5. 优点

对比 Linux （Android基于Linux）上的其他进程通信方式（管道/消息队列/共享内存/信号量/Socket），Binder 机制的优点有：

  • 高效
    1. Binder数据拷贝只需要一次，而管道、消息队列、Socket都需要2次
    2. 通过驱动在内核空间拷贝数据，不需要额外的同步处理
  • 安全性高 Binder 机制为每个进程分配了 UID/PID 来作为鉴别身份的标示，并且在 Binder 通信时会根据 UID/PID 进行有效性检测
    1. 传统的进程通信方式对于通信双方的身份并没有做出严格的验证
    2. 如，Socket通信 ip地址是客户端手动填入，容易出现伪造
  • 使用简单
    1. 采用Client/Server 架构
    2. 实现 面向对象 的调用方式，即在使用Binder时就和调用一个本地对象实例一样

6. 总结

  • 本文主要详细讲解 跨进程通信模型 Binder机制 ，总结如下：

定义

android kernel 安全 ntp ide

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