Binder在Native的实现

android中的跨进程通信（ipc）用的是C/S体系系统，Binder为这个体系系统提供IPC通信能力。

在android的C/S体系中增加了一个组件servicemanager，提供注册和检索Service的功能。Service在启动过程中将自身信息注册到servicemanager，servicemanager中维护了一个Service信息的列表，Client在使用服务时，可以通过名字像servermanager获取对应Service信息。servicemanager由init启动的进程，本身也是个Server。

 

启动servicemanager

 

servicemanager是在init.rc中配置的系统Service，在系统启动的过程中先于其他服务启动，servicemanager启动过程分为三步：

1.初始化BInder通信环境，打开BInder设备映射共享内存。

打开本地Binder设备文件，可以访问Binder驱动程序，将设备文件映射到当前进程虚拟地址空间。

2.将自身注册为上下文管理者（context manager）

servicemanager向Binder驱动程序发送指令，将自身注册为Binder通信的上下文管理者binder_context_mgr_node，这里会建立一个索引值为0的全局节点Binder node，将0节点存入全局变量binder_context_mgr_node。

3.进入无限循环中等待接收并处理IPC通信请求。

servicemanager本身就是一个Servier，可以相应Service组件注册服务的请求和Client组件使用服务的请求。当Service组件向servicemanager注册服务时，对于servicemanager来讲Service进程也是一个Client。

这里会先将当前线程的looper标记设置为BINDER_LOOPER_STATE_ENTERED，表示当前线程进入Binder Looper状态，然后进入无限循环。

如果有Client要使用servicemanager，向Binder驱动中写入数据，在servicemanager的循环中，会读取Binder驱动中的IPC请求数据，并做相应的处理，这里会接到两种操作，do_find-service和do_add_service,对应Client端的getService和addService方法。

addService是需要权限的，除了root和system用户外，还有个uid白名单，通过UID限制了可注册服务的Server，如果是系统开发者可以通过添加白名单的方式添加自定义Server。

 

Server的启动和注册

 

servicemanager作为一个Server提供了add和get服务的方法，其他的普通Server需要以Client的身份调用servicemanager的addService方法来注册自身。一个Server在启动的过程中会将自身注册到servicemanager中，一个Server的启动过程分四步：

1.创建ProcessState对象。

每个进程只有一个ProcessState对象，先创建一个ProcessState对象，存入全局变量中。在创建ProcessState时，会打开Binder设备文件，将Binder设备映射到进程空间，这点与servicemanager很类似，servicemanager除外的其他Server和servicemanager利用Binder设备文件通过共享内存来通信。

2.获取servicemanager的代理对象。

这个图简单的说明了BpBinder和IServiceManager的关系。

这里定义了一个接口IServiceManager，IServiceManager定义了getService，addService等几个方法。获取servicemanager会获得一个IServiceManager，BpInterface继承了BpRefBase和IServiceManager，BpServiceManager继承了BpInterface，获取到的IServiceManager是一个BpServiceManager实例，BpRefBase中有个mRemote，就是BpBinder，BpServiceManager实现的方法实际是调用BpBinder实现的。BpBInder通过IPCThreadState持有了ProcessState，就有了和Binder驱动程序通信的能力。

3.注册Service(一个Server可能有多个Service)。

servicemanager的代理对象已经得到了，调用BpServiceManager的addservice方法添加自身，这里把service的相关信息写入Parcel类型data中，调用BpBinder的transact函数，BpBinder的transact函数中调用IPCThreadState的transact函数，最终通过takWithDeriver函数与Binder驱动程序通信，这里会根据handler的值检索请求的目标进程，这里会找到binder_context_mgr_node，Binder驱动程序将Binder数据发送给serviermanager，servicemanager在循环读取Binder发送的数据，读到数据就会根据参数来做对应的处理，这里就是执行注册service。

4.Server进程开启线程池。

最后每个Service会启动一个线程，循环读取Client请求。

 

Client使用服务代理与服务端通信

 

Server在启动过程中已经通过BpBinder(0)与servicemanager进行过通信，Client端也要通过servicemanager获取到service的代理，与Server一样，通过defaultServiceManager函数获得BpServiceManager，调用getService方法，会通过BpBinder(0)将消息发送到servicemanager，servicemanager检索到对应的服务，将服务注册信息存入reply中，发送给Binder，Binder找到具体的服务对象，将服务的引用handler传递回Client，根据handler创建BpBinder，将BpBinder赋值给对应Service的mRemote，就可以通过该接口调用Server的方法，由BpBinder将消息发送到Binder，Binder发送给真正的服务。

这里Client是通过服务的接口跟服务通信，实际是通过服务的代理BpBinder跟Binder通信，再由Binder跟真正的服务进行通信这样一个过程。客户端是通过代理BpBinder跟服务端通信的，Server端有个BBinder跟客户端通信，Server端的IPCThreadState接到BpBinder发来的请求后，调用BBinder的transact进而调用onTransact方法，最终有BnServiceManager的onTransact方法解析并执行客户端传来的操作。

下图简单描述了Client和Server通信的过程（出自Android的设计与实现）

 

上面简单描述了从servermanager启动，service的启动和注册，到client和server的通信流程。下面进行一些总结。

Client和Server只所以能通信的核心就是它们都可以和Binder驱动，利用Binder作为桥梁进行通信的，下面说一下与Binder通信的具体方式方式。

这里需要借助一个结构体。

struct binder_state{
      int   fd;
      void *mapped;
      unsigned mapsize;
}
struct binder_state *binder_open(unsigned mapsize)
{ 
         struct binder_state *bs;                           //声明构造体
         bs=malloc(sizeof(*bs));                            //开辟内存空间
         bs->fd = open ("/dev/binder"),O_RDWR);             //打开Binder设备文件，赋值给fd
         bs->mapsize = mapsize;                             //给mapzise赋值
         //将进程空间的某个内存区域和内核空间的内存区域建立映射关系，servicemanager进程可以利用该内存区域和其他进程共享数据。
         bs->mapped = mmap(NULL,mapsize,PROT_READ,MAP_PRIVATE,bs-fd,0)
}

这里打开了binder设备文件，建立了内存映射，当前进程可以通过内核缓冲区共享数据。然后通过ioctl系统发送指令给Binder驱动程序，由驱动程序的binder_ioctl函数处理指令。

static long binder_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)      filp参数传bs->fd，既设备文件，每个进程可以通过这几个操作就获得了与Binder通信的能力。这里就是与Binder的核心。

servicemanager就是直接通过通过ioctl系统与Binder通信。

server与client和servicemanager通信或者是client和普通server通信都是通过BpBinder实现的，下图是BpBinder与servermanager通信的过程。

ProcessState是名为gProcess的全局变量，在它的初始化时候进行了open_driver操作，里面打开了binder设备，这样就可以利用ioctl系统和ProcessState与Binder进行通信了。IPCThreadState的talkWithDriver函数里面通过ioctl与Binder通信。

Binder的构造函数里需要传一个handle值，该值就是openBinder设备返回的地址，这样在使用BpBinder与Binder通信的时候，Binder根据handle值就知道将消息发送给哪个Server。在获取servicemanager的时候创建一个BpBinder（0）转化为IServiceManager，在调用IServiceManager的get和add方法的时候通过BpBinder（0）与servicemanager通信。通过BpBinder（0）与servicemanager通信getService会返回一个handle值，通过这个handle值创建对应的BpBinder就可以与对应的Server通信了。

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