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android Binder机制

时间:2017-06-12 17:14:14      阅读:294      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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Binder 架构设计

Binder 被设计出来是解决 Android IPC(进程间通信) 问题的。Binder 将两个进程间交互的理解为 Client 向 Server 进行通信。

如下:binder总体架构图

技术分享

 

如上图所示,Binder 架构分为 Client、Server、Service Manager 和 Binder Driver。

  • Client: 服务调用者,一般就是我们应用开发者,通过调用诸如List<PackageInfo> packs = getActivity().getPackageManager().getInstalledPackages(0); 这样的代码,来向 ServerManager 请求 Package 服务。
  • Server: 服务提供者,这里面会有许多我们常用的服务,例如 ActivityService 、 WindowMananger, 这些系统服务提供的功能,是的我们能够使用 Wifi,Display等等设备,从而完成我们的需求。
  • Service Manager: 这里是类似于前文中的DNS,绝大多数的服务都是通过 Service Manager来获取,通过这个 DNS 来屏蔽掉 对其他Server的直接操作。
  • Binder Driver: 底层的支持逻辑,在这里承担路由的工作,不论风雨,使命必达,即使对面的server挂掉了,也会给你相应的死亡通知单 (Death Notification)

总结起来说,应用程序(Client) 首先向 Service Manager 发送请求 WindowManager 的服务,Service Manager 查看已经注册在里面的服务的列表,找到相应的服务后,通过 Binder kernel 将其中的 Binder 对象返回给客户端,从而完成对服务的请求。

Binder Driver 是怎样充当路由角色的?

对于有网络编程经验的人来说,Socket 是很常用的概念。在Linux系统中,一切都被认为是文件,网络流也是文件,同样 Socket 也是文件,遵循着 open - write / read - close的模式,Binder Framework在设计的时候,也同样设计了类似的概念。

而在 Binder Framework 中 Binder 充当了 Socket 的角色,在不同的进程里面穿梭,提供了通信的基础。对Binder而言,Binder可以看成Server提供的实现某个特定服务的访问接入点, Client通过这个『地址』向Server发送请求来使用该服务;对Client而言,Binder可以看成是通向Server的管道入口,要想和某个Server通信首先必须建立这个管道并获得管道入口。我们知道如果要访问一个对象的话,需要拿到这个对象的引用地址,我们可以这么认为 Binder 就是远程对象的一个地址,通过这个 Binder 就能轻松地拿到远程对象的控制权,也可以说 Binder 是句柄,可能符合现在的场景。

而让 Binder 起到上诉神奇作用的就是 Binder Driver。Binder Driver 在这里的作用就是前面提及的路由器,它工作在内核态,通过一系列 open() , mmap()ioctl() , poll() 等操作,指定了一系列的协议,实现了 Binder 在不同进程之间的传递工作,这里就不再详细阐述了,有兴趣的同学可以自行查看相关文档。

Service Manager 怎么当DNS的?

根据前文的描述,Service Manager是将相应的服务名字转换成具体的引用,也就是说使得 client 能够通过 bidner 名字来从 Server 中拿到对 binder 实体的引用。这里唯一需要特别说明的地方在于,Service Manager 的特殊性。我们知道 Service Manager 是一个进程,其他 Server 也是另一个进程,他们之间是如何进行通信的了?在没有其他中间服务进程的参与下,Service Manager 与 其他进程如何凭空通信?

这就是先有鸡,还是先有蛋的问题。答案是先有鸡,也就是说 Service Manager 首先就被创建了,并被赋予了一个特殊的句柄,这个句柄就是 0 。换而言之,其他 Server 进程都可以通过这个 0句柄 与 Service Manager 进行通信,在整个系统启动时,其他 Server 进程都向这个 0句柄 进行注册,从而使得客户端进程在需要调用服务时,能够通过这个 Service Manager 查询到相应的服务进程。

 

如下:binder framework 工作原理图

技术分享

 

理解Aidl中Stub和Stub.Proxy

aidl生成的java代码中,Stub类是继承于Binder类的,也就是说Stub实例就是Binder实例。

服务端一般会实例化一个Binder对象,例如:

 

public class AIDLService extends Service {  
    private static final String TAG = "AIDLService";  
    IPerson.Stub stub = new IPerson.Stub() {  
        @Override  
        public String greet(String someone) throws RemoteException {  
            Log.i(TAG, "greet() called");  
            return "hello, " + someone;  
        }  
    };  
    @Override  
    public IBinder onBind(Intent intent) {  
        Log.i(TAG, "onBind() called");  
        return stub;  
    }  
    ...
} 

 

客户端中在Service绑定的时候可以获取到这个Stub(Binder),如:

    private IPerson person;  
    private ServiceConnection conn = new ServiceConnection() {  
        @Override  
        public void onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service) {  
            Log.i("ServiceConnection", "onServiceConnected() called");  
            person = IPerson.Stub.asInterface(service);  
        }  
        @Override  
        public void onServiceDisconnected(ComponentName name) {  
            //This is called when the connection with the service has been unexpectedly disconnected,  
            //that is, its process crashed. Because it is running in our same process, we should never see this happen.  
            Log.i("ServiceConnection", "onServiceDisconnected() called");  
        }  
    };

像上面一样,在连接Service的时候,服务端的Stub(Binder)以参数的形式传过来了–IBinder service,然后我们通过asInterface()方法获取它的实例对象。

 

aidl文件自动生成的java类中可以看到asInterface()这个接口的实现,大概的意思就是: 
如果客户端和服务端在同一个进程下,那么asInterface()将返回Stub对象本身,否则返回Stub.Proxy对象。

也就是说asInterface()返回的对象有两种可能(实际上有三种,还有一种是null),Stub和Stub.Proxy。它们有什么区别呢?

  1. 如果在同一个进程下的话,那么asInterface()将返回服务端的Stub对象本身,因为此时根本不需要跨进称通信,那么直接调用Stub对象的接口就可以了,返回的实现就是服务端的Stub实现,也就是根本没有跨进程通信;

  2. 如果不是同一个进程,那么asInterface()返回是Stub.Proxy对象,该对象持有着远程的Binder引用,因为现在需要跨进程通信,所以如果调用Stub.Proxy的接口的话,那么它们都将是IPC调用,它会通过调用transact方法去与服务端通信。

以上就是两者的区别。

Stub是服务端实现的存根,而Proxy则是Stub的代理。 

 

public interface IPerson extends android.os.IInterface {   
    public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements IPerson { 
     public Stub(){
         this.attachInterface(this, DESCRIPTOR);
       }
      ...
        public static IPerson asInterface(android.os.IBinder obj) {  
            if ((obj == null)) {  
                return null;  
            }  
            android.os.IInterface iin = (android.os.IInterface) obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR); //查询本地 
            if (((iin != null) && (iin instanceof IPerson))) {  
                return ((IPerson) iin);  
            }  
            return new IPerson.Stub.Proxy(obj);  
        }  
       ...   
        @Override
        public boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data,
                android.os.Parcel reply, int flags)
                throws android.os.RemoteException {
            switch (code) {
            case INTERFACE_TRANSACTION: {
                reply.writeString(DESCRIPTOR);
                return true;
            }
            case TRANSACTION_greet: {
                data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
                java.lang.String _arg0;
                _arg0 = data.readString();
                java.lang.String _result = this.greet(_arg0);
                reply.writeNoException();
                reply.writeString(_result);
                return true;
            }
            }
            return super.onTransact(code, data, reply, flags);
        }
       private static class Proxy implements IPerson {
            private android.os.IBinder mRemote;
            Proxy(android.os.IBinder remote) {
                mRemote = remote;
            }
            @Override
            public android.os.IBinder asBinder() {
                return mRemote;
            }
            public java.lang.String getInterfaceDescriptor() {
                return DESCRIPTOR;
            }
            @Override
            public java.lang.String greet(java.lang.String someone)
                    throws android.os.RemoteException {
                android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
                android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
                java.lang.String _result;
                try {
                    _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
                    _data.writeString(someone);
                    mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_greet, _data, _reply, 0);
                    _reply.readException();
                    _result = _reply.readString();
                } finally {
                    _reply.recycle();
                    _data.recycle();
                }
                return _result;
            }
        }
    static final int TRANSACTION_greet = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 0); //方法用数字表示
  } 
} 

Binder机制框架概览

 如何从进程A传两个整数给进程B,进程B把两个数相加后返回结果给进程A。

下面我们从总体上看一看这个方案是怎样设计的:
进程A通过bindService方法去绑定在进程B中注册的一个service,系统收到进程A的bindService请求后,会调用进程B中相应serviceonBind方法,该方法返回一个特殊对象,系统会接收到这个特殊对象,然后为这个特殊对象生成一个代理对象,再将这个代理对象返回给进程A,进程A在ServiceConnection回调的onServiceConnected方法中接收该代理对象,依靠这个代理对象的帮助,就可以解决我们的问题啦。

 总体流程如下图:

 技术分享

 

step 1: 进程B创建Binder 对象

为进程B实现一个特殊的对象,就是前面提到的serviceonBind方法要返回的对象。这个对象有两个特性:

  • 一个是具有完成特定任务的能力(在我们的问题中,就是将两个整数相加并返回结果的能力)
  • 一个是被跨进程传输的能力。

什么样的对象具有这样的能力呢?答案是Binder类的对象。下面我们分析一下Binder是怎样拥有这两个能力的。
Binder中有如下关键方法:

public class AIDLService extends Service {  
    private static final String TAG = "AIDLService";  
    IPerson.Stub stub = new IPerson.Stub() {  
        @Override  
        public String greet(String someone) throws RemoteException {  
            Log.i(TAG, "greet() called");  
            return "hello, " + someone;  
        }  
    };  
    @Override  
    public IBinder onBind(Intent intent) {  
        Log.i(TAG, "onBind() called");  
        return stub;  
    }  
    ...
} 

Binder具有被跨进程传输的能力是因为它实现了IBinder接口。系统会为每个实现了该接口的对象提供跨进程传输,这是系统给我们的一个很大的福利。
Binder具有的完成特定任务的能力是通过它的attachInterface方法获得的,我们可以简单理解为该方法会将(descriptor,plus)作为(key,value)对存入Binder对象中的一个Map<String,IInterface>对象中,Binder对象可通过attachInterface方法持有一个IInterface对象(即plus)的引用,并依靠它获得完成特定任务的能力。queryLocalInterface方法可以认为是根据key值(即参数 descriptor)查找相应的IInterface对象。onTransact方法暂时不用管,后面会讲到。

好的,现在我们来实现IInterfaceBinder对象,概略代码如下:

public interface IPlus extends IInterface {
         public int add(int a,int b);
}

public class Stub extends Binder {
          @Override
          boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags){
          ......//这里我们覆写了onTransact方法,暂时不用管,后面会讲解。
          }
          ......
}
IInterface plus = new IPlus(){//匿名内部类
 public int add(int a,int b){//定制我们自己的相加方法
             return a+b;
         }
          public IBinder asBinder(){ //实现IInterface中唯一的方法,
                return null ;
           }
};
Binder binder = new Stub();
binder.attachIInterface(plus,"PLUS TWO INT");

step 2: 进程A接收进程B的Binder对象

好了,现在我们有了这个特殊的对象binder,可以在进程B的service中的onBind方法将它返回了,即return binder ;
下面就是见证奇迹的时候。系统会首先收到这个binder对象,然后,它会生成一个BinderProxy(就是前面提到的Binder 的内部类)类的对象,姑且称之为binderproxy,然后将该对象返回给进程A,现在进程A终于在onServiceConnected方法中接收到了binderproxy对象(心情有木有小激动?)。为了下面讲解方便,再次贴出Binder类的概要信息。

public class Binder implement IBinder{
        void attachInterface(IInterface plus, String descriptor)
          IInterface queryLocalInterface(Stringdescriptor) //从IBinder中继承而来
          boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags)//暂时不用管,后面会讲。
         final class BinderProxy implements IBinder {
                    IInterface queryLocalInterface(Stringdescriptor) {
                          return null ;//注意这行代码!!
                                                  //下面会讲到。这行代码只是示例,不是源代码。
                      }
               ......
            }
}

此时的进程A以为收到的是binder对象,它兴奋了,它迫不及待地要通过queryLocalInterface方法获取这个binderplus对象,利用该对象的加法功能进行加法计算。可结果呢?
首先,binderproxy.queryLocalInterface("PLUS TWO INT")调用是合法的,因为queryLocalInterface方法是IBinder中的方法,而BinderProxyBinder都实现了IBinder接口。但是,binderproxy对象显然没有plus对象,因为它根本就没有attachInterface方法(这是Binder才有滴)。所以,可想而知,进程A的binderproxy.queryLocalInterface("PLUS TWO INT")调用返回的将是一个null(参见上面的示例代码)。

step 3: 进程A利用进程B传过来的对象发起请求

进程A出离愤怒了,我要的是binder,我要的是它里面的plus来帮我完成加法运算,进程B竟然给我一个冒牌货binderproxy(显然,它冤枉了进程B,都是系统惹得祸)。
正在进程A气得头顶冒烟时,binderproxy对象说话了:“别生气进程A,我虽然只是binder对象的代理,但是,我也不是吃素的,你把你的数据(两个int)和你想进行的操作(plus.add)通过我的transact方法(这是在IBinder接口中定义的方法)交给我,我可以替你向binder对象请求你需要的功能,等binder对象把结果给我时,我再把结果交给你不就行了?”
于是,进程A通过binderproxy对象的transact方法,提交了请求。代码概略如下:

android.os.Parcel data = android.os.Parcel.obtain();
android.os.Parcel reply = android.os.Parcel.obtain();
 int _result;
 data.writeInterfaceToken("PLUS TWO INT"); 
 data.writeInt(a); 
 data.writeInt(b); 
binderproxy.transact(1, data, reply, 0);//为简单起见,最后一个0暂时不管它

简单解释一下上面代码。data是用来写进程A的数据的(即整数 a和b),reply是准备用来接收结果的。transact方法中的第一个参数是整数1,它是进程A与进程B的一个约定,1就代表想让进程B对进程A传入的数据执行加法操作。这个约定也可以定义在 Stub类中,如下所示:
public static final int ADD = 1;此时,我们可以将binderproxy.transact(1, data, reply, 0);中的1替换为Stub.ADDStub.ADD其实可以是任何整数值的,我们选择1纯属为了简单。

step 4: 进程B收到并处理进程A的请求

binderproxy.transact调用发生后,会引起系统的注意,系统意识到binderproxy想找它的真身binder对象执行一个操作了(看!系统其实一直存着binderbinderproxy的对应关系呢!)。于是系统将这个请求中的数据转发给binder对象,binder对象将会在onTransact中收到binderproxy传来的数据(Stub.ADD,data,reply,0),于是它从data中取出进程A传来的数据,又根据Stub.ADD确定进程A想让它执行加法操作,于是它就执行了加法操作,并把结果写回reply。代码概略如下:

public boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags) throws android.os.RemoteException 
{ 
          switch (code) { 
                case INTERFACE_TRANSACTION: { 
                  reply.writeString(DESCRIPTOR);
                     return true; 
                } //样板代码,不用管,下一行才是重点。
                case Stub.ADD: { 
                      data.enforceInterface("PLUS TWO INT"); 
                        int _arg0; 
                        _arg0 = data.readInt();
                       int _arg1; 
                        _arg1 = data.readInt();
                       int  _result = this.queryLocalIInterface("PLUS TWO INT") .add(_arg0, _arg1); 
                       reply.writeNoException(); 
                        reply.writeInt(_result); 
                        return true; 
                  }
           } 
      return super.onTransact(code, data, reply, flags); 
}

简单解释一下以上代码。我们知道进程A写数据时写入了一个InterfaceToken,就是这行代码
data.writeInterfaceToken("PLUS TWO INT");
这个意思是说,让进程B在自己的binder对象中利用PLUS TWO INT调用queryLocalIInterface方法查找相应的IInterface对象,进程A要执行的操作就在该对象中,至此,我们很容易理解Stub.ADD就代表了plus中的add方法。这是一个二级查找过程,即通过PLUS TWO INT确定要plus来执行功能,通过Stub.ADD确定要执行plus中的add方法。

step 5: 进程A获取进程B返回的处理结果

进程B把结果写入reply后,进程A就可以从reply读取结果了。代码概略如下:

binderproxy.transact(Stub.ADD, data, reply, 0); 
reply.readException(); 
_result = reply.readInt();

 

 更深入的Binder原理参考

Android Bander设计与实现 - 设计篇

android Binder机制

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原文地址:http://www.cnblogs.com/mingfeng002/p/6978949.html

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