概述

最近在学习 Binder 机制，在网上查阅了大量的材料，也看了老罗的 Binder 系列的博客和 Innost 的深刻了解 Binder 系列的博客，都是从底层开始讲的，全是 C 代码，尽管之前学过 C 和 C ++，然而各种函数之间花式跳转，看的我都狐疑人生。毫不夸大的讲每看一遍都是新的内容，跟没看过一样。起初又看到了 Gityuan 的博客看到了一些图解好像发现了新大陆。

上面就以图解的形式介绍下 Binder 机制，置信你看这篇文章，肯定有所播种。

什么是 Binder？

Binder 是 Android 零碎中过程间通信（IPC）的一种形式，也是 Android 零碎中最重要的个性之一。Android 中的四大组件 Activity，Service，Broadcast，ContentProvider，不同的 App 等都运行在不同的过程中，它是这些过程间通信的桥梁。正如其名“粘合剂”一样，它把零碎中各个组件粘合到了一起，是各个组件的桥梁。

了解 Binder 对于了解整个 Android 零碎有着十分重要的作用，如果对 Binder 不理解，就很难对 Android 零碎机制有更深刻的了解。

1. Binder 架构

• Binder 通信采纳 C/S 架构，从组件视角来说，蕴含 Client、Server、ServiceManager 以及 Binder 驱动，其中 ServiceManager 用于管理系统中的各种服务。
• Binder 在 framework 层进行了封装，通过 JNI 技术调用 Native（C/C++）层的 Binder 架构。
• Binder 在 Native 层以 ioctl 的形式与 Binder 驱动通信。

2 . Binder 机制

• 首先须要注册服务端，只有注册了服务端，客户端才有通信的指标，服务端通过 ServiceManager 注册服务，注册的过程就是向 Binder 驱动的全局链表 binder\_procs 中插入服务端的信息（binder\_proc 构造体，每个 binder\_proc 构造体中都有 todo 工作队列），而后向 ServiceManager 的 svcinfo 列表中缓存一下注册的服务。

• 有了服务端，客户端就能够跟服务端通信了，通信之前须要先获取到服务，拿到服务的代理，也能够了解为援用。比方上面的代码：

  // 获取 WindowManager 服务援用
  WindowManager wm = (WindowManager)getSystemService(getApplication().WINDOW_SERVICE);
    

  获取服务端的形式就是通过 ServiceManager 向 svcinfo 列表中查问一下返回服务端的代理，svcinfo 列表就是所有已注册服务的通讯录，保留了所有注册的服务信息。

• 有了服务端的援用咱们就能够向服务端发送申请了，通过 BinderProxy 将咱们的申请参数发送给 ServiceManager，通过共享内存的形式应用内核办法 copy\_from\_user() 将咱们的参数先拷贝到内核空间，这时咱们的客户端进入期待状态，而后 Binder 驱动向服务端的 todo 队列外面插入一条事务，执行完之后把执行后果通过 copy\_to\_user() 将内核的后果拷贝到用户空间（这里只是执行了拷贝命令，并没有拷贝数据，binder 只进行一次拷贝），唤醒期待的客户端并把后果响应回来，这样就实现了一次通信。

怎么样是不是很简略，以上就是 Binder 机制的次要通信形式，上面咱们来看看具体实现。

3 . Binder 驱动

咱们先来理解下用户空间与内核空间是怎么交互的。

先理解一些概念

用户空间 / 内核空间

具体解释能够参考 Kernel Space Definition；简略了解如下：

Kernel space 是 Linux 内核的运行空间，User space 是用户程序的运行空间。为了平安，它们是隔离的，即便用户的程序解体了，内核也不受影响。

Kernel space 能够执行任意命令，调用零碎的所有资源；User space 只能执行简略的运算，不能间接调用系统资源，必须通过零碎接口（又称 system call），能力向内核收回指令。

零碎调用 / 内核态 / 用户态

尽管从逻辑上抽离出用户空间和内核空间；然而不可避免的的是，总有那么一些用户空间须要拜访内核的资源；比方应用程序拜访文件，网络是很常见的事件，怎么办呢？

Kernel space can be accessed by user processes only through the use of system calls.

用户空间拜访内核空间的惟一形式就是零碎调用；通过这个对立入口接口，所有的资源拜访都是在内核的管制下执行，免得导致对用户程序对系统资源的越权拜访，从而保障了零碎的平安和稳固。用户软件参差不齐，要是它们乱搞把零碎玩坏了怎么办？因而对于某些特权操作必须交给安全可靠的内核来执行。

当一个工作（过程）执行零碎调用而陷入内核代码中执行时，咱们就称过程处于内核运行态（或简称为内核态）此时处理器处于特权级最高的（0 级）内核代码中执行。当过程在执行用户本人的代码时，则称其处于用户运行态（用户态）。即此时处理器在特权级最低的（3 级）用户代码中运行。处理器在特权等级高的时候能力执行那些特权 CPU 指令。

内核模块 / 驱动

通过零碎调用，用户空间能够拜访内核空间，那么如果一个用户空间想与另外一个用户空间进行通信怎么办呢？很天然想到的是让操作系统内核增加反对；传统的 Linux 通信机制，比方 Socket，管道等都是内核反对的；然而 Binder 并不是 Linux 内核的一部分，它是怎么做到拜访内核空间的呢？Linux 的动静可加载内核模块（Loadable Kernel Module，LKM）机制解决了这个问题；模块是具备独立性能的程序，它能够被独自编译，但不能独立运行。它在运行时被链接到内核作为内核的一部分在内核空间运行。这样，Android 零碎能够通过增加一个内核模块运行在内核空间，用户过程之间的通过这个模块作为桥梁，就能够实现通信了。

在 Android 零碎中，这个运行在内核空间的，负责各个用户过程通过 Binder 通信的内核模块叫做 Binder 驱动;

驱动程序个别指的是设施驱动程序（Device Driver），是一种能够使计算机和设施通信的非凡程序。相当于硬件的接口，操作系统只有通过这个接口，能力管制硬件设施的工作；

驱动就是操作硬件的接口，为了反对 Binder 通信过程，Binder 应用了一种“硬件”，因而这个模块被称之为驱动。

相熟了下面这些概念，咱们再来看下下面的图，用户空间中 binder\_open(), binder\_mmap(), binder\_ioctl() 这些办法通过 system call 来调用内核空间 Binder 驱动中的办法。内核空间与用户空间共享内存通过 copy\_from\_user(), copy\_to\_user() 内核办法来实现用户空间与内核空间内存的数据传输。Binder 驱动中有一个全局的 binder\_procs 链表保留了服务端的过程信息。

4 . Binder 过程与线程

对于底层 Binder 驱动，通过 binder\_procs 链表记录所有创立的 binder\_proc 构造体，binder 驱动层的每一个 binder\_proc 构造体都与用户空间的一个用于 binder 通信的过程一一对应，且每个过程有且只有一个 ProcessState 对象，这是通过单例模式来保障的。在每个过程中能够有很多个线程，每个线程对应一个 IPCThreadState 对象，IPCThreadState 对象也是单例模式，即一个线程对应一个 IPCThreadState 对象，在 Binder 驱动层也有与之绝对应的构造，那就是 Binder\_thread 构造体。在 binder\_proc 构造体中通过成员变量 rb\_root threads，来记录以后过程内所有的 binder\_thread。

Binder 线程池：每个 Server 过程在启动时创立一个 binder 线程池，并向其中注册一个 Binder 线程；之后 Server 过程也能够向 binder 线程池注册新的线程，或者 Binder 驱动在探测到没有闲暇 binder 线程时被动向 Server 过程注册新的的 binder 线程。对于一个 Server 过程有一个最大 Binder 线程数限度，默认为 16 个 binder 线程，例如 Android 的 system\_server 过程就存在 16 个线程。对于所有 Client 端过程的 binder 申请都是交由 Server 端过程的 binder 线程来解决的。

5 . ServiceManager 启动

理解了 Binder 驱动，怎么与 Binder 驱动进行通信呢？那就是通过 ServiceManager，好多文章称 ServiceManager 是 Binder 驱动的守护过程，大管家，其实 ServiceManager 的作用很简略就是提供了查问服务和注册服务的性能。上面咱们来看一下 ServiceManager 启动的过程。

• ServiceManager 分为 framework 层和 native 层，framework 层只是对 native 层进行了封装不便调用，图上展现的是 native 层的 ServiceManager 启动过程。
• ServiceManager 的启动是零碎在开机时，init 过程解析 init.rc 文件调用 service\_manager.c 中的 main() 办法入口启动的。native 层有一个 binder.c 封装了一些与 Binder 驱动交互的办法。
• ServiceManager 的启动分为三步，首先关上驱动创立全局链表 binder\_procs，而后将本人以后过程信息保留到 binder\_procs 链表，最初开启 loop 一直的解决共享内存中的数据，并解决 BR\_xxx 命令（ioctl 的命令，BR 能够了解为 binder reply 驱动解决完的响应）。

6 . ServiceManager 注册服务

• 注册 MediaPlayerService 服务端，咱们通过 ServiceManager 的 addService() 办法来注册服务。
• 首先 ServiceManager 向 Binder 驱动发送 BC\_TRANSACTION 命令（ioctl 的命令，BC 能够了解为 binder client 客户端发过来的申请命令）携带 ADD\_SERVICE\_TRANSACTION 命令，同时注册服务的线程进入期待状态 waitForResponse()。Binder 驱动收到申请命令向 ServiceManager 的 todo 队列外面增加一条注册服务的事务。事务的工作就是创立服务端过程 binder\_node 信息并插入到 binder\_procs 链表中。
• 事务处理完之后发送 BR\_TRANSACTION 命令，ServiceManager 收到命令后向 svcinfo 列表中增加曾经注册的服务。最初发送 BR\_REPLY 命令唤醒期待的线程，告诉注册胜利。

7 . ServiceManager 获取服务

• 获取服务的过程与注册相似，相同的过程。通过 ServiceManager 的 getService() 办法来注册服务。
• 首先 ServiceManager 向 Binder 驱动发送 BC\_TRANSACTION 命令携带 CHECK\_SERVICE\_TRANSACTION 命令，同时获取服务的线程进入期待状态 waitForResponse()。
• Binder 驱动收到申请命令向 ServiceManager 的发送 BC\_TRANSACTION 查问已注册的服务，查问到间接响应 BR\_REPLY 唤醒期待的线程。若查问不到将与 binder\_procs 链表中的服务进行一次通信再响应。

8 . 进行一次残缺通信

• 咱们在应用 Binder 时根本都是调用 framework 层封装好的办法，AIDL 就是 framework 层提供的傻瓜式是应用形式。假如服务曾经注册完，咱们来看看客户端怎么执行服务端的办法。
• 首先咱们通过 ServiceManager 获取到服务端的 BinderProxy 代理对象，通过调用 BinderProxy 将参数，办法标识（例如：TRANSACTION\_test，AIDL 中主动生成）传给 ServiceManager，同时客户端线程进入期待状态。
• ServiceManager 将用户空间的参数等申请数据复制到内核空间，并向服务端插入一条执行执行办法的事务。事务执行完告诉 ServiceManager 将执行后果从内核空间复制到用户空间，并唤醒期待的线程，响应后果，通信完结。

总结

好了，这里只是从实现逻辑上简略介绍了下 Binder 机制的工作原理，想要深刻了解 Binder 机制，还得本人下功夫，看源码，只管这个过程很苦楚。一遍看不懂就再来一遍，说实话自己理解能力比拟差，跟着博客思路看了不下十遍。致力总会有播种，好好观赏 native 层各办法之间花式跳转的魅力吧。最初你将发现新世界的大门在向你敞开。

本文转自 https://blog.csdn.net/freekiteyu/article/details/70082302，如有侵权，请分割删除。

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