Binder 进程间通信机制详解(Native 篇)

Binder 机制前前后后看了好久，刚开始两眼一抹黑，完全不知所云。后来，随着工作变化，对 Android 的理解也不断加深，这块内容又重新拾起来。
 
所以，写 Binder 这个系列是有原因的，一是记录自己的学习总结，二是想把学习的心得和经验分享给大家，因为每个人的技术背景和学习方式不一样，导致每个人理解的方式也不一样。
 
虽然现在网上介绍Binder 的文章不少，但是可能并不适合自己。比如有些细节自己在看的时候没有理解，但很多文章中又没有讲解这一块，就会搞得自己很困惑。所以，把自己学习过程总结分享，大家看得多了，理解自然也会深一点。
 
特别要感谢那些无私奉献的博客专家和大神，没有他们细致入微的讲解和分析 ，有可能到现在还没有弄懂 Binder。
 
最后，有些地方讲解可能不对，大家都可以指出，期望这个系列的文章能给大家带来帮助。

Android Binder 通信机制深入浅出（一）
Android Binder 通信机制深入浅出（二）
Android Binder 通信机制深入浅出（三）

一、概述

1.1 进程、用户空间和内核空间的关系

Linux中每个进程都会有自己的用户空间，每个进程只能在自己的空间范围内活动，这一点大家应该都理解。但是内核空间是却是多个进程共享，如果想实现进程间通信，用户空间只需要把通信的内容传递到内核空间，内核在去传递给其它进程即可。用户空间和内核空间相互传递数据通过 copy_from_user() 和 copy_to_user() 两个方法。

进程、用户空间和内核空间的关系

2.1 为什么选择 Binder

<效率>

Binder 效率比传统的 IPC 要高效，内核资源竞争在传统的 IPC 中，read 和 write 操作都需要对内核中的读写的 buffer 进行资源竞争，解决并发方面的问题，一方面加锁操作消耗了一定的资源，另一方面各个操作需要排队等待。Binder 为了解决内核中 buffer 的竞争，采用了为每个线程单独分配空间，避免了内核态的等待。
但是内核态不需要等待，用户空间的线程不一定能够及时的操作，所以 Binder 又在用户态引用了多线程支持，从内核态和用户态解决了资源访问等待的问题，这是Binder 效率高的真正原因。

<安全性>

Android 作为一个开放性的平台，安全极其重要，传统的 IPC 没有任何安全措施，完全依赖上层协议来确保。

首先传统的 IPC 接收方无法获得对方可靠的进程用户ID/进程ID（UID/PID），从而无法鉴别对方身份。Android 为每个安装好的 APP 分配了自己的 UID，故而进程的 UID 是鉴别进程身份的重要标志。传统的 IPC 只能由用户在数据包中填入 UID/PID，但这样不可靠，容易被恶意程序利用，可靠的身份标识只有由 IPC 机制在内核中添加。

其次传统的 IPC 访问接入点是开放的，只要知道这些接入点的程序都可以和对端建立连接，不管怎样都无法阻止恶意程序通过猜测接收方地址获得连接。而 Binder 不仅支持实名 Binder，而且还支持匿名 Binder，安全性高。
总结：

优势 描述
性能 只需要一次数据拷贝，性能上仅次于共享内存
稳定性 基于 C/S 架构，职责明确、架构清晰，因此稳定性好
安全性 为每个 APP 分配 UID，进程的 UID 是鉴别进程身份的重要标志

二、Binder 通信流程

2.1 Binder 通信四个步骤

要想进行 Binder 通信，首先需要打开binder驱动、映射内核地址空间等，Java 层在创建应用进程的时候系统默认已经初始化好，但是 native 层进程需要开发者自己实现。

Binder 通信流程

如图所示，Binder 通信整体过程大体可以概括为 4 步：
1. Client 端向 Binder 驱动发送数据；
2. Biner 驱动接受 Client 端数据后转发给 Server
端；
3. Server 端执行完相应的操作，把数据发给 Biner 驱动；
4. 最后 Binder 驱动把 Server 端的数据发送的数据返回给 Client 端。

这样一次完整的 Binder 通信就结束了，下面我们就从 Binder 的初始化和四个通信步骤来揭开它的神秘面纱。

2.2 Binder 初始化

2.2.1 每个进程只有一个的 ProcessSate

先来看 ProcessState 对象的创建，它是在 media 进程 main() 中调用ProcessState::self() 实现初始化。

int main(int argc __unused, char **argv __unused)
    sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());
    sp<IServiceManager> sm(defaultServiceManager());
    ALOGI("ServiceManager: %p", sm.get());
    ......
    MediaPlayerService::instantiate();
    ProcessState::self()->startThreadPool();
    IPCThreadState::self()->joinThreadPool();
}

sp<ProcessState> ProcessState::self()
{
    Mutex::Autolock _l(gProcessMutex);
    if (gProcess != NULL) { //全局变量，每个进程有且只有一个
        return gProcess;
    }
    gProcess = new ProcessState;
    return gProcess;
}

ProcessState::ProcessState()
    : mDriverFD(open_driver()) //打开binder设备
    , mVMStart(MAP_FAILED)
    ......
{
    if (mDriverFD >= 0) {
        // mmap the binder, providing a chunk of virtual address space to receive transactions.
        mVMStart = mmap(0, BINDER_VM_SIZE, PROT_READ, MAP_PRIVATE | MAP_NORESERVE, mDriverFD, 0);
        if (mVMStart == MAP_FAILED) {
            // *sigh*
            ALOGE("Using /dev/binder failed: unable to mmap transaction memory.\n");
            close(mDriverFD);
            mDriverFD = -1;
        }
    }
}

static int open_driver()
{
    int fd = open("/dev/binder", O_RDWR);
    if (fd >= 0) {
        ......
        size_t maxThreads = DEFAULT_MAX_BINDER_THREADS;
        result = ioctl(fd, BINDER_SET_MAX_THREADS, &maxThreads);
        if (result == -1) {
            ALOGE("Binder ioctl to set max threads failed: %s", strerror(errno));
        }
    } 
    return fd;
}

2.3 客户端：向 Binder 驱动写数据

2.31 BpBinder 创建和作用

我们来看一段经典的 binder 通信中代码。
1. 首先，通过 ServiceManager 获得MediaplayerService的客户端代理，
2. 然后再调用它相关的业务方法。

  • frameworks/av/media/libmedia/mediarecorder.cpp
MediaRecorder::MediaRecorder(const String16& opPackageName)
{
    const sp<IMediaPlayerService> service(getMediaPlayerService());
    if (service != NULL) {
        mMediaRecorder = service->createMediaRecorder(opPackageName);
    }
    .......
}
  • frameworks/av/media/libmedia/IMediaDeathNotifier.cpp
IMediaDeathNotifier::getMediaPlayerService()
{
    if (sMediaPlayerService == 0) {
        sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
        sp<IBinder> binder;
        do {
            // 通过servicemanager获得MediaPlayerService的BpBinder对象
            binder = sm->getService(String16("media.player"));
            if (binder != 0) {
                break;
            }
            ALOGW("Media player service not published, waiting...");
            usleep(500000); // 0.5 s
        } while (true);
        ......
        // 通过上面获得的 BpBinder 对象构造 Client 端的BpMediaPlayerService对象
        sMediaPlayerService =1、interface_cast<IMediaPlayerService>(binder);
    }
    return sMediaPlayerService;
}

Client 端发起跨进程调用最终都是通过以下形式，这里有两点需要特别注意：
1. 两个Parcel 类型的对象： data:封装发送数据， replay:封装返回数据
2. remote() 返回的对象

接下来我们重点来看上面涉及一些关键方法的实现，这一块代码比较绕，是 Binder 机制重点和难点。

1、interface_cast<>(binder) 的实现

template<typename INTERFACE>
inline sp<INTERFACE> interface_cast(const sp<IBinder>& obj)
{
    return INTERFACE::asInterface(obj);
}

// 把 IMediaPlayerService 和 binder 代入，转化为如下：
inline sp<IMediaPlayerService> interface_cast(const sp<IBinder>& binder)
{
    return IMediaPlayerService::asInterface(binder);
}

可以看出，interface_cast() 最终返回的是 IMediaPlayerService::asInterface(binder)，那么asInterface(binder) 方法又是返回的什么呢？
代码里找一圈，IMediaPlayerService 并没这个方法，查看其父类好像也没有。。。其实这个方法并没有在代码中直接定义，而是需要宏转换，如下：

  • frameworks/native/include/binder/IInterface.h
#define IMPLEMENT_META_INTERFACE(INTERFACE, NAME) \
    const android::String16 I##INTERFACE::descriptor(NAME); \
    const android::String16& \
            I##INTERFACE::getInterfaceDescriptor() const { \
        return I##INTERFACE::descriptor; \
    } \
    android::sp<I##INTERFACE> I##INTERFACE::asInterface( \
            const android::sp<android::IBinder>& obj) \
    { \
        android::sp<I##INTERFACE> intr; \
        if (obj != NULL) { \
            intr = static_cast<I##INTERFACE*>( \
                obj->queryLocalInterface( \
                        I##INTERFACE::descriptor).get()); \
            if (intr == NULL) { \
                intr = new Bp##INTERFACE(obj); \
            } \
        } \
        return intr; \
    } \
    I##INTERFACE::I##INTERFACE() { } \
    I##INTERFACE::~I##INTERFACE() { }

在IMediaplayerService.cpp 调用：
IMPLEMENT_META_INTERFACE(MediaPlayerService, "android.media.IMediaPlayerService");
此句转换后相当于以下这段代码：

 const android::String16 IMediaPlayerService::descriptor(“android.hardware.IMediaPlayerService”);
    const android::String16& IMediaPlayerService::getInterfaceDescriptor() const 
    {
        return IMediaPlayerService::descriptor;
    }

    android::sp<IMediaPlayerService> IMediaPlayerService::asInterface(const android::sp<android::IBinder>& obj)
    {
        android::sp<IMediaPlayerService> intr;
        if (obj != NULL) 
        {
            intr = static_cast<IMediaPlayerService*>(obj->queryLocalInterface(IMediaPlayerService::descriptor).get());
            if (intr == NULL) 
            {
                intr = new BpMediaPlayerService(obj);
            }
        }
        return intr;
    }

    IMediaPlayerService::IMediaPlayerService() { }
    IMediaPlayerService::~IMediaPlayerService() { }

经过转换后，可以看到这里asInterface() 返回的就是 BpMediaPlayerService(binder) 对象，终于离终点近了一步。

为什么需要这么做呢，我猜是因为这块代码比较公共，google 直接把这块代码抽离出来，让开发者自己去调用，这样确实能减少不少代码量，但代码的可读性就大打折扣。

2、remote() 的实现

首先，来看它的定义：

class BpRefBase : public virtual RefBase
{
   ......
    //可以看到remote() 是BpRefBase类中的一个方法，返回的IBinder* 类型的对象 mRemote，我们继续看mRemote是如何创建的
    inline  IBinder*       remote()                { return mRemote; }
    IBinder* const         mRemote;
    ......
}

mRemote 的赋值其实也比较坎坷，它是在 BpMediaPlayerService 的构造方法中调用父类的构造方法中赋值的，而且特别隐蔽，隐蔽到一不小心就被忽略。。。

1. 来看BpMediaPlayerService的构造方法，其什么都没做，只是调用了父类的构造方法
class BpMediaPlayerService: public BpInterface<IMediaPlayerService>
{
public:
    BpMediaPlayerService(const sp<IBinder>& impl)
        : BpInterface<IMediaPlayerService>(impl)
    {
    }
    ......
}

2. 继续往下走，查看BpInterface的构造方法，其也什么都没走，继续调用自己父类的构造方法
template<typename INTERFACE>
inline BpInterface<INTERFACE>::BpInterface(const sp<IBinder>& remote)
    : BpRefBase(remote) // 注意，这里的remote就是一开始传入的 BpBinder 对象，一直传递到这里
{
}

3. 最后，来看 BpRefBase 构造方法，它里面最终对 mRemote 赋值，把刚刚BpBinder 赋值给mRemote，o.get() 返回的就是BpBinder 
BpRefBase::BpRefBase(const sp<IBinder>& o)
    : mRemote(o.get()), mRefs(NULL), mState(0)
{
    ......
}

我们来看一下 BpMediaPlayerService 族谱，如下图：


从图得知 BpMediaPlayerService 继承 BpInterface、BpRefBase、IMediaPlayerService，所以 BpRefBase中的 mRemote 对象 BpMediaPlayerService 中可以直接使用。
到这里，remote() 方法终于告一段落，大家看完感受如何，是不是有点晕，不过没关系，再难啃的代码多啃几次也就透了，与大家一起共勉~

2.32 IPCThreadState 实例

上一节面我们知道 remote() 返回的是一个 BpBinder 对象，remote()->transact() 就是 BpBinder->transact()，接下来我们继续看 BpBinder 中transact() 方法的实现：

status_t BpBinder::transact(
    uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)
{
    // Once a binder has died, it will never come back to life.
    if (mAlive) {
        status_t status = IPCThreadState::self()->transact(mHandle, code, data, reply, flags);
        if (status == DEAD_OBJECT) mAlive = 0;
        return status;
    }
    return DEAD_OBJECT;

可以看到 transact() 方法又调用 IPCThreadState 的transact()，这里就带出我们这一节的重点 IPCThreadState，它就是最终和 binder 驱动交互的类，重要性不言而喻。
之前我们讲到 ProcessState 是每个进程只有一个，这里 IPCTreadState 对象是每个线程有一个，也就是说一个 ProcessState 会对应多个 IPCTreadState，那么如何确保每个线程独有一个 IPCTreadState 实例呢，简单介绍一下，IPCThreadState 保存在每个线程的局部存储 TLS 中，具体实现如下：

IPCThreadState* IPCThreadState::self()
{
    if (gHaveTLS) {
restart:
        const pthread_key_t k = gTLS;
        IPCThreadState* st = (IPCThreadState*)pthread_getspecific(k);
        if (st) return st;
        return new IPCThreadState;
    }
    ......
    if (!gHaveTLS) {
        int key_create_value = pthread_key_create(&gTLS, threadDestructor);
        if (key_create_value != 0) {
            pthread_mutex_unlock(&gTLSMutex);
            ALOGW("IPCThreadState::self() unable to create TLS key, expect a crash: %s\n",
                    strerror(key_create_value));
            return NULL;
        }
        gHaveTLS = true;
    }
    pthread_mutex_unlock(&gTLSMutex);
    goto restart;
}

2.33 IPCThreadState 作用

IPCThreadState 对象是每个线程都有一个，保存在线程的局部存储 TLS 中，主要负责 Binder 的读取、写入和请求处理。

刚刚说到 BpBinder.cpp 中 transact() 其实调用的是 IPCThreadState::transact() 方法，下面我们来分析此方法：

status_t IPCThreadState::transact(int32_t handle, uint32_t code, const Parcel& data,
                                  Parcel* reply, uint32_t flags)
{
    status_t err = data.errorCheck();
    ......
    if (err == NO_ERROR) {
        err = 1. writeTransactionData(BC_TRANSACTION, flags, handle, code, data, NULL);
    }
    
    if ((flags & TF_ONE_WAY) == 0) {
        if (reply) {
            err = 2. waitForResponse(reply);
        } else {
            Parcel fakeReply;
            err = waitForResponse(&fakeReply);
        }
        ......
        
    } else {
        err = waitForResponse(NULL, NULL);
    }
    
    return err;
}

这个方法中有调用了两个重要的方法：
 1. writeTransactionData()
 2. waitForResponse()

这里贴出 writeTransactionData() 方法的代码，他的主要作用把发送的数据转换为 Binder 驱动识别的 binder_transaction_data 结构体：

status_t IPCThreadState::writeTransactionData(int32_t cmd, uint32_t binderFlags,
    int32_t handle, uint32_t code, const Parcel& data, status_t* statusBuffer)
{
    binder_transaction_data tr;

    tr.target.ptr = 0; /* Don't pass uninitialized stack data to a remote process */
    tr.target.handle = handle;
    tr.code = code;
    tr.flags = binderFlags;
    tr.cookie = 0;
    tr.sender_pid = 0;
    tr.sender_euid = 0;
    
    const status_t err = data.errorCheck();
    if (err == NO_ERROR) {
        tr.data_size = data.ipcDataSize();
        tr.data.ptr.buffer = data.ipcData();
        tr.offsets_size = data.ipcObjectsCount()*sizeof(binder_size_t);
        tr.data.ptr.offsets = data.ipcObjects();
    } else if (statusBuffer) {
        tr.flags |= TF_STATUS_CODE;
        *statusBuffer = err;
        tr.data_size = sizeof(status_t);
        tr.data.ptr.buffer = reinterpret_cast<uintptr_t>(statusBuffer);
        tr.offsets_size = 0;
        tr.data.ptr.offsets = 0;
    } else {
        return (mLastError = err);
    }
    
    mOut.writeInt32(cmd);
    mOut.write(&tr, sizeof(tr));
    
    return NO_ERROR;
}

注意：接下来我们就要分析 Binder 架构中很重要的一个方法 waitForResponse()，为什么说这个方法重要呢？因为这个方法涉及到 Client 端和 Server 端，和 Binder 驱动数据的交互都是由它完成。

先来分析跟 Client 端发送数据相关的实现，后面继续分析其它部分。

status_t IPCThreadState::waitForResponse(Parcel *reply, status_t *acquireResult)
{
    uint32_t cmd;
    int32_t err;

    while (1) {
        if ((err=talkWithDriver()) < NO_ERROR) break;
        err = mIn.errorCheck();
        if (err < NO_ERROR) break;
        if (mIn.dataAvail() == 0) continue;
        
        cmd = (uint32_t)mIn.readInt32();

        switch (cmd) {
        case BR_TRANSACTION_COMPLETE:
            if (!reply && !acquireResult) goto finish;
            break;
        ......
        case BR_REPLY:
            {
               ......
            }
            goto finish;
        ......
    }
    ......
    return err;
}

这里和发送数据相关的只有 talkWithDriver() 方法，顾名思义，从名字就可以看出这个方法的作用，是用来和驱动交互的。

status_t IPCThreadState::talkWithDriver(bool doReceive)
{
    if (mProcess->mDriverFD <= 0) {
        return -EBADF;
    }
    
    binder_write_read bwr;
    
    // Is the read buffer empty?
    const bool needRead = mIn.dataPosition() >= mIn.dataSize();
    
    // We don't want to write anything if we are still reading
    // from data left in the input buffer and the caller
    // has requested to read the next data.
    const size_t outAvail = (!doReceive || needRead) ? mOut.dataSize() : 0;
    
    bwr.write_size = outAvail;
    bwr.write_buffer = (uintptr_t)mOut.data();

    // This is what we'll read.
    if (doReceive && needRead) {
        bwr.read_size = mIn.dataCapacity();
        bwr.read_buffer = (uintptr_t)mIn.data();
    } else {
        bwr.read_size = 0;
        bwr.read_buffer = 0;
    }
    
    // Return immediately if there is nothing to do.
    if ((bwr.write_size == 0) && (bwr.read_size == 0)) return NO_ERROR;

    bwr.write_consumed = 0;
    bwr.read_consumed = 0;
    status_t err;
    do {
        if (ioctl(mProcess->mDriverFD, BINDER_WRITE_READ, &bwr) >= 0)
            err = NO_ERROR;
    } while (err == -EINTR);
    ......
    return err;
}

总结一下，transact() 方法干了如下几件事情：

  1. 通过 writeTransactionData() 把要发送的数据转换为 Binder 驱动识别的 binder_transaction_data 结构体，然后写入mOut 。

  2. 通过 waitForResponse() 方法把 mOut 的数据发送给 Binder 驱动，并监听 Binder 驱动返回的数据。

这里多说一些，Binder 通信涉及到客户端和服务端，这点和网络通信类似，必然会有类似 TCP 一样的通信协议，不过 Binder 协议比较简单，这里写入： CMD：BC_TRANSACTION 就是协议规定的一种，代表客户端向 Binder 驱动发送数据。当然，有发送数据必然会有接受数据，接受：CMD：BR_REPLY。
其实 Client 端或 Server 端在向 Binder 驱动发送完命令后，驱动都会返回一个 BR_TRANSACTION_COMPLETE 指令告知上层发送成功，这点和 HTTP 协议真的很像。

来自<gityuan>

2.4 Server 端：接受 Binder 驱动发来的数据

上一章讲到 Client 端如何一步步最终通过ioctl() 把数据发给 Binder 驱动，这一章我们就从 Server 端接受驱动发送过来的数据讲起，然后再介绍业务层面的内容。

再说一些题外话，很多人刚看binder时觉得头昏眼花，绕来绕去，其实是因为binder机制把业务部分和通信逻辑部分交织在一起，导致看起来很迷糊。。。我刚开始看binder我也觉得很困惑，后面看多了才弄明白，所以在介绍binder时，刻意把两部分分开介绍，这样条理更清晰一些。

2.4.1 Binder 主线程创建

之前已经提到 Server 端接受驱动发过来的数据也是通过 ioctl() 这个方法，但是是Server 端哪个线程来接受数据这也是很有讲究。一般 Binder 发送线程就是Client 端执行业务所在线程，但是服务端有谁来接受呢？答案是由 Binder 驱动来控制，下面我们从Server 端创建 Binder 主线程讲起。

为什么叫主线程呢？因为是自己主动创建的，具体创建是由 startThreadPool() 完成。

  • frameworks/native/libs/binder/ProcessState.cpp
void ProcessState::startThreadPool()
{
    AutoMutex _l(mLock);
    if (!mThreadPoolStarted) {
        mThreadPoolStarted = true;
        spawnPooledThread(true);
    }
}

void ProcessState::spawnPooledThread(bool isMain)
{
    if (mThreadPoolStarted) {
        String8 name = makeBinderThreadName();
        ALOGV("Spawning new pooled thread, name=%s\n", name.string());
        sp<Thread> t = new PoolThread(isMain);
        t->run(name.string());
    }
}

// PoolThread 继承Thread.cpp，在其 Threadpool() 方法中会执行joinThreadPool()
virtual bool threadLoop()
{
    IPCThreadState::self()->joinThreadPool(mIsMain);// 此时传入的参数为true
    return false;
}

2.4.2 joinThreadPool() 方法介绍

上面我们仅仅是创建了一个线程，并执行
joinThreadPool() 方法，可以猜想与 Binder 驱动通信关键应该在这里，下面我们重点介绍这个关键方法。

  • frameworks/native/libs/binder/IPCThreadState.cpp
void IPCThreadState::joinThreadPool(bool isMain)
{
    mOut.writeInt32(isMain ? BC_ENTER_LOOPER : BC_REGISTER_LOOPER);
    status_t result;
    do {
        processPendingDerefs();
        // now get the next command to be processed, waiting if necessary
        1、result = getAndExecuteCommand();
        ......
        // Let this thread exit the thread pool if it is no longer
        // needed and it is not the main process thread.
        if(result == TIMED_OUT && !isMain) {//binder 主线程这个参数为true，所以会一直运行
            break;
        }
    } while (result != -ECONNREFUSED && result != -EBADF);
    mOut.writeInt32(BC_EXIT_LOOPER);
    talkWithDriver(false);
}

先来看第一个方法 getAndExecuteCommand()

status_t IPCThreadState::getAndExecuteCommand()
{
   ......
   2、 result = talkWithDriver();
    if (result >= NO_ERROR) {
        size_t IN = mIn.dataAvail();
        if (IN < sizeof(int32_t)) return result;
        cmd = mIn.readInt32();
......
        3、result = executeCommand(cmd);
......
    }
    return result;
}

我们再具体来看服务端 talkWithDriver() 的实现：

  • frameworks/native/libs/binder/IPCThreadState.cpp
status_t IPCThreadState::talkWithDriver(bool doReceive)
{
    if (mProcess->mDriverFD <= 0) {
        return -EBADF;
    }
    
    binder_write_read bwr;
    
    // Is the read buffer empty?
    const bool needRead = mIn.dataPosition() >= mIn.dataSize();
    
    // We don't want to write anything if we are still reading
    // from data left in the input buffer and the caller
    // has requested to read the next data.
    const size_t outAvail = (!doReceive || needRead) ? mOut.dataSize() : 0;
    
    bwr.write_size = outAvail;
    bwr.write_buffer = (uintptr_t)mOut.data();

    // This is what we'll read.
    if (doReceive && needRead) {
        bwr.read_size = mIn.dataCapacity();
       // 重点在这里，mIn 的数据是 talkWithDriver() 中通过把 mIn 的 data 地址赋值给 bwr.read_buffer, 然后把它传给驱动，由 binder 驱动负责向这个地址中写入
        bwr.read_buffer = (uintptr_t)mIn.data();
    } else {
        bwr.read_size = 0;
        bwr.read_buffer = 0;
    }
    
    // Return immediately if there is nothing to do.
    if ((bwr.write_size == 0) && (bwr.read_size == 0)) return NO_ERROR;

    bwr.write_consumed = 0;
    bwr.read_consumed = 0;
    status_t err;
    do {
        //通过 ioctl() 一直阻塞在这里，直到有数据可读或可写才返回，
        // 这里我们主要讲有数据可读，即binder 驱动有数据发送给服务端
        if (ioctl(mProcess->mDriverFD, BINDER_WRITE_READ, &bwr) >= 0)
            err = NO_ERROR;
        else {
            err = -errno;
        }

    } while (err == -EINTR);
    ......
    return err;
}

总结：

  1. 首先，getAndExecuteCommand() 调用 talkWithDriver() ，把 mIn 的 data 地址赋值给 bwr.read_buffer 传给驱动，并监听驱动是否写入数据
  2. 然后，驱动若有数据写入，mIn.readInt32()读取cmd，然后通过executeCommand(cmd) 根据不同的 cmd 执行不同的操作。

mOut 和 mIn 的作用
它们都是parcel 类型，负责和 Binder 驱动数据的传输

  1. mOut： Client 端线程 writeTransactionData() 已向 Parcel 数据类型的 mOut 写入数据，然后通过 ioctl() 发给 Binder 驱动，此时mIn还没有数据；（Server 端也是通过 mOut 向 Binder 驱动写回数据）
  2. mIn：Binder 驱动返回的数据写入 mIn，再根据收到的不同响应码，执行相应的操作。
    mIn 的数据是 talkWithDriver() 中通过把 mIn 的 data 地址赋值给 bwr.read_buffer 后传给驱动，然后 Binder 驱动负责向这个地址写入。

最后我们来分析 executeCommand() 方法：

  • frameworks/native/libs/binder/IPCThreadState.cpp
status_t IPCThreadState::executeCommand(int32_t cmd)
{
    BBinder* obj;
    RefBase::weakref_type* refs;
    switch ((uint32_t)cmd) {
    ......
    case BR_TRANSACTION:
        {
            binder_transaction_data tr;
            result = mIn.read(&tr, sizeof(tr));
            if (result != NO_ERROR) break;
            Parcel buffer;
            //把 tr 中的内容写入到 Parcel 类型 buffer中，之后会发给 server 端具体业务执行方法
            buffer.ipcSetDataReference(
                reinterpret_cast<const uint8_t*>(tr.data.ptr.buffer),
                tr.data_size,
                reinterpret_cast<const binder_size_t*>(tr.data.ptr.offsets),
                tr.offsets_size/sizeof(binder_size_t), freeBuffer, this);

            const pid_t origPid = mCallingPid;
            const uid_t origUid = mCallingUid;
            const int32_t origStrictModePolicy = mStrictModePolicy;
            const int32_t origTransactionBinderFlags = mLastTransactionBinderFlags;

            mCallingPid = tr.sender_pid;
            mCallingUid = tr.sender_euid;
            mLastTransactionBinderFlags = tr.flags;

            Parcel reply;
            status_t error;

            }
            if (tr.target.ptr) {
                // We only have a weak reference on the target object, so we must first try to
                // safely acquire a strong reference before doing anything else with it.
                if (reinterpret_cast<RefBase::weakref_type*>(
                        tr.target.ptr)->attemptIncStrong(this)) {
                    error = reinterpret_cast<BBinder*>(tr.cookie)->transact(tr.code, buffer,
                            &reply, tr.flags);
                    reinterpret_cast<BBinder*>(tr.cookie)->decStrong(this);
                } else {
                    error = UNKNOWN_TRANSACTION;
                }

            } else {
                error = the_context_object->transact(tr.code, buffer, &reply, tr.flags);
            }
            if ((tr.flags & TF_ONE_WAY) == 0) {
                LOG_ONEWAY("Sending reply to %d!", mCallingPid);
                if (error < NO_ERROR) reply.setError(error);
                sendReply(reply, 0);
            } else {
                LOG_ONEWAY("NOT sending reply to %d!", mCallingPid);
            }
            ......
        }
        break;
    ......
    }
    return result;
}

executeCommand() 总结：
可以看到，executeCommand() 会根据传入 cmd 来执行不同的操作，我们重点看BR_TRANSACTION ，这个就表示客户端有数据传过来，和客户端的 BC_TRANSACTION 想对应，这里面会调用 transact() 方法，此方法在Binder.cpp 中，会调用 onTransact() ，它是一个虚方法，最终执行的就是服务端自己实现的 onTransact()。

例如：
MediaplayerService.java 是服务端，它继承 BnMediaPlayerService.java ，最终就会调用 BnMediaPlayerService 中的 onTransact() 。

  • frameworks/native/libs/binder/Binder.cpp
status_t BBinder::transact()
{
    ......
    switch (code) {
        case PING_TRANSACTION:
            reply->writeInt32(pingBinder());
            break;
        default:
            err = onTransact(code, data, reply, flags);
            break;
    }
    ......
    return err;
}

具体业务逻辑的实现：

  • frameworks/av/media/libmedia/IMediaPlayerService.cpp
status_t BnMediaPlayerService::onTransact(
    uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)
{
    switch (code) {
        case CREATE: {
            CHECK_INTERFACE(IMediaPlayerService, data, reply);
            sp<IMediaPlayerClient> client =
                interface_cast<IMediaPlayerClient>(data.readStrongBinder());
            audio_session_t audioSessionId = (audio_session_t) data.readInt32();
            sp<IMediaPlayer> player = create(client, audioSessionId);
            reply->writeStrongBinder(IInterface::asBinder(player));
            return NO_ERROR;
        } break;
        // 以client端请求创建media recorder 为例，server端收到client端的请求后，
        // 调用createMediaRecorder()  方法创建recorder对象，然后再写入reply，通过sendReply() 方法发送给client端
        case CREATE_MEDIA_RECORDER: {
            CHECK_INTERFACE(IMediaPlayerService, data, reply);
            const String16 opPackageName = data.readString16();
            sp<IMediaRecorder> recorder = createMediaRecorder(opPackageName);
            reply->writeStrongBinder(IInterface::asBinder(recorder));
            return NO_ERROR;
        } break;
        case CREATE_METADATA_RETRIEVER: {
            CHECK_INTERFACE(IMediaPlayerService, data, reply);
            sp<IMediaMetadataRetriever> retriever = createMetadataRetriever();
            reply->writeStrongBinder(IInterface::asBinder(retriever));
            return NO_ERROR;
        } break;
        ......
        default:
            return BBinder::onTransact(code, data, reply, flags);
    }
}

到这里我们已经分析完这一章开始将到一次 Binder 通信四个步骤中的 1、2 两步，接着分析 3、4 两步的实现。

2.5 Server 端：向 Binder 驱动发送数据

  • frameworks/native/libs/binder/IPCThreadState.cpp
status_t IPCThreadState::sendReply(const Parcel& reply, uint32_t flags)
{
    status_t err;
    status_t statusBuffer;
    // 是不是很熟悉的方法，上一章介绍客户端向binder 驱动写入数据流程时也遇到这个它
    // 这个方法就是把数据打包成binder_transaction_data结构，再写入Parcel：reply ，
    // 注意这次的响应码变成 BC_REPLY，表示Server 端返回的数据
    err = writeTransactionData(BC_REPLY, flags, -1, 0, reply, &statusBuffer);
    if (err < NO_ERROR) return err;
    //这个方法上一章也重点介绍过，主要是调用talkwithDriver()向驱动写数据
    // 注意此时的参数都为 null，意味着不需要等待客户端的返回值
    return waitForResponse(NULL, NULL);//注意这里传入的参数为NULL
}

status_t IPCThreadState::waitForResponse(Parcel *reply, status_t *acquireResult)
{
    ......
    while (1) {
        if ((err=talkWithDriver()) < NO_ERROR) break;
        ......
        if (mIn.dataAvail() == 0) continue;

        cmd = (uint32_t)mIn.readInt32();
        ......
        switch (cmd) {
        case BR_TRANSACTION_COMPLETE:
            //刚刚传入的两个参数为空，所以这里直接返回
            if (!reply && !acquireResult) goto finish;
            break;
         ......
    }
}

总结：
sendReply() 作用：
·executeCommand() 处理完 BR_TRANSACTION 消息后，会调用 sendReply() 把 Server 端处理完的结果写入 Binder 驱动来发回给 Client 端。

2.6 Client 端：接受 Binder 驱动返回的数据

再让我们回到 Client 端给 Binder 驱动发送数据的 transact() 方法，在 waitForResponse() 的 talkWithDriver() 方法给 Binder 驱动发送完数据就会阻塞在 ioctl() 处，直到 Binder 驱动有数据返回。

  • frameworks/native/libs/binder/IPCThreadState.cpp
status_t IPCThreadState::transact(int32_t handle,
        uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)
{
    if (err == NO_ERROR) {
        err = writeTransactionData(BC_TRANSACTION, flags, handle, code, data, NULL);
    }
    ......
    if ((flags & TF_ONE_WAY) == 0) {
 
        if (reply) {
            err = waitForResponse(reply);
        }
        ......
        
    } else {
        err = waitForResponse(NULL, NULL);
    }
    return err;
}

status_t IPCThreadState::waitForResponse(Parcel *reply, status_t *acquireResult)
{
    ......
    while (1) {
        //当binder驱动有数据返回时，此处会接着往下执行
        if ((err=talkWithDriver()) < NO_ERROR) break;
        ......
        if (mIn.dataAvail() == 0) continue;
        //读取响应码为BR_REPLY
        cmd = (uint32_t)mIn.readInt32();
        ......
        switch (cmd) {
        case BR_TRANSACTION_COMPLETE:
            if (!reply && !acquireResult) goto finish;
            break;
         ......
        case BR_REPLY:
            {
                binder_transaction_data tr;
                //从协议缓冲区mIn的内容读到一个binder_transaction_data结构体tr中
                err = mIn.read(&tr, sizeof(tr));
                if (reply) {
                    if ((tr.flags & TF_STATUS_CODE) == 0) {//走这里
                        //将保存在结构体tr中的进程间通信结果保存在Parcel对象reply中
                        reply->ipcSetDataReference(
                            reinterpret_cast<const uint8_t*>(tr.data.ptr.buffer),
                            tr.data_size,
                            reinterpret_cast<const binder_size_t*>(tr.data.ptr.offsets),
                            tr.offsets_size/sizeof(binder_size_t),
                            freeBuffer, this);
          ......
 }

总结：

  1. startThreadPool() 开启新的线程并执行了 joinThreadPool() 方法，而 joinThreadPool() 方法通过调用 talkWithDriver() 来读取 Binder 设备。
  2. 通过 startThreadPool() 创建的线程都是 Binder 主线程，用来接收 Binder 驱动发送回来的消息，而且 joinThreadPool() 有阻塞线程的作用，防止主线程在main() 方法执行完后退出。

到底有多少个线程在为 Service端 服务呢？目前看来是两个：

  1. startThreadPool() 中新启动的线程通过 joinThreadPool() 读取 Binder 设备，查看是否有请求。
  2. 主线程也调用 joinThreadPool() 读取 Binder 设备，查看是否有请求。
图像传输慢，通过 startThreadPool() 新建一个线程，速度就快很多

默认情况下，线程池中没有线程，由于本身已经有了2个线程可用，一般情况下，能满足要求。但是，当有多个并发的 IPC 请求时，可能会触发内核增加更多的IPC通信线程来服务这些请求。当进程接受到 Binder 驱动从内核中发出的 BR_SPAWN_LOOPER 命令时，会启动一个非 Binder 主线程。

最后通过一张图，来总结 Binder 通信的整个流程：

来自 <Light.Moon>

最后编辑于 ：
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 人面猴
    序言：七十年代末，一起剥皮案震惊了整个滨河市，随后出现的几起案子，更是在滨河造成了极大的恐慌，老刑警刘岩，带你破解...
    沈念sama阅读 206,723评论 6赞 481
  • 死咒
    序言：滨河连续发生了三起死亡事件，死亡现场离奇诡异，居然都是意外死亡，警方通过查阅死者的电脑和手机，发现死者居然都...
    沈念sama阅读 88,485评论 2赞 382
  • 救了他两次的神仙让他今天三更去死
    文/潘晓璐 我一进店门，熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来，“玉大人，你说我怎么就摊上这事。” “怎么了？”我有些...
    开封第一讲书人阅读 152,998评论 0赞 344
  • 道士缉凶录：失踪的卖姜人
    文/不坏的土叔 我叫张陵，是天一观的道长。 经常有香客问我，道长，这世上最难降的妖魔是什么？ 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 55,323评论 1赞 279
  • 港岛之恋（遗憾婚礼）
    正文 为了忘掉前任，我火速办了婚礼，结果婚礼上，老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己，他们只是感情好，可当我...
    茶点故事阅读 64,355评论 5赞 374
  • 恶毒庶女顶嫁案：这布局不是一般人想出来的
    文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着，像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上，一...
    开封第一讲书人阅读 49,079评论 1赞 285
  • 城市分裂传说
    那天，我揣着相机与录音，去河边找鬼。 笑死，一个胖子当着我的面吹牛，可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播，决...
    沈念sama阅读 38,389评论 3赞 400
  • 双鸳鸯连环套：你想象不到人心有多黑
    文/苍兰香墨 我猛地睁开眼，长吁一口气：“原来是场噩梦啊……” “哼！你这毒妇竟也来了？” 一声冷哼从身侧响起，我...
    开封第一讲书人阅读 37,019评论 0赞 259
  • 万荣杀人案实录
    序言：老挝万荣一对情侣失踪，失踪者是张志新（化名）和其女友刘颖，没想到半个月后，有当地人在树林里发现了一具尸体，经...
    沈念sama阅读 43,519评论 1赞 300
  • 护林员之死
    正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡，尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 35,971评论 2赞 325
  • 白月光启示录
    正文 我和宋清朗相恋三年，在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 38,100评论 1赞 333
  • 活死人
    序言：一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡，死状恐怖，灵堂内的尸体忽然破棺而出，到底是诈尸还是另有隐情，我是刑警宁泽，带...
    沈念sama阅读 33,738评论 4赞 324
  • 日本核电站爆炸内幕
    正文 年R本政府宣布，位于F岛的核电站，受9级特大地震影响，放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜，却给世界环境...
    茶点故事阅读 39,293评论 3赞 307
  • 男人毒药：我在死后第九天来索命
    文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹，春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 30,289评论 0赞 19
  • 一桩弑父案，背后竟有这般阴谋
    文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至，却和暖如春，着一层夹袄步出监牢的瞬间，已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 31,517评论 1赞 262
  • 情欲美人皮
    我被黑心中介骗来泰国打工， 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留，地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 45,547评论 2赞 354
  • 代替公主和亲
    正文 我出身青楼，却偏偏与公主长得像，于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子，可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 42,834评论 2赞 345

推荐阅读更多精彩内容