Android Binder 作为 IPC 机制原理和面试回答

1.Android Binder 作为 IPC 机制原理和面试回答   

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一、Binder机制

在Android开发中，很多时候我们需要用到进程间通信，所谓进程间通信，实现进程间通信的机制有很多种，比如说socket、pipe等，Android中进程间通信的方式主要有三种：

1.标准Linux Kernel IPC 接口；

2.标准D-BUS接口；

3.Binder接口。

IPC（Inter-Process Communication， 进程间通信 ）。

二、Binder机制的优点和为什么被采用

目前 linux 支持的IPC包括传统的管道，System V IPC，即消息队列/共享内存/信号量  ，

有传统的管道（Pipe）、信号（Signal）和跟踪（Trace），这三项通信手段只能用于父进程与子进程之间，或者兄弟进程之间；

后来又增加了命令管道（Named Pipe），使得进程间通信不再局限于父子进程或者兄弟进程之间；

为了更好地支持商业应用中的事务处理，在AT&T的Unix系统V中，又增加了三种称为“System V IPC”的进程间通信机制，分别是报文队列（Message）、共享内存（Share Memory）和信号量（Semaphore）；

后来BSD Unix对“System V IPC”机制进行了重要的扩充，提供了一种称为插口（Socket）的进程间通信机制

比较几种IPC通信方式：

在开始回答前，先简单概括性地说说Linux现有的所有进程间IPC方式：

1. 管道：在创建时分配一个page大小的内存，缓存区大小比较有限；

2. 消息队列：信息复制两次，额外的CPU消耗；不合适频繁或信息量大的通信；

3. 共享内存：无须复制，共享缓冲区直接付附加到进程虚拟地址空间，速度快；但进程间的同步问题操作系统无法实现，必须各进程利用同步工具解决；

4. 套接字：作为更通用的接口，传输效率低，主要用于不通机器或跨网络的通信；

5. 信号量：常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。

6. 信号: 不适用于信息交换，更适用于进程中断控制，比如非法内存访问，杀死某个进程等；

1）.当然也可以在这些底层机制上架设一套协议来实现 Client-Server通信， 但这样增加了系统的复杂性，在手机这种条件复杂，资源稀缺的环境下可靠性也难以保证。

2).另一方面是传输性能。socket作为一款通用接口，其传输效率低，开销大，主要用在跨网络的进程间通信和本机上进程间的低速通信。消息队列和管道采用存储-转发方式，即数据先从发送方缓存区拷贝到内核开辟的缓存区中，然后再从内核缓存区拷贝到接收方缓存区，至少有两次拷贝过程。共享内存虽然无需拷贝，但控制复杂，难以使用。

3).还有一点是出于安全性考虑。

基于以上原因，Android需要建立一套新的IPC机制来满足系统对通信方式，传输性能和安全性的要求，这就是Binder。

Binder基于Client-Server通信模式，传输过程只需一次拷贝，为发送发添加UID/PID身份，既支持实名Binder也支持匿名Binder，安全性高。

其中，Binder机制是使用最且最被认可的，因为Binder机制有以下优点：

1.相对于其它IPC机制，Binder机制更加简洁和快速；

2.消耗的内存相对更少；

3.传统的IPC机制可能会增加进程的开销，以及出现进程过载和安全漏洞，Binder机制则有效避免和解决了这些问题。

Binder机制是Android系统的核心机制，几乎贯穿于整个Android系统，Android系统基本上可以看作是一个基于binder通信机制的C/S架构，Binder就像网络，把Android系统的各个部分连接到了一起。利用Binder机制，可以实现以下功能：

1.用驱动程序来推进进程间通信；

2.通过共享内存来提高性能；

3.为进程请求分配每个进程的线程池；

4.针对系统中的对象引入了引用计数和跨进程的对象引用映射；

5.进程间同步调用。

三,Binderj机制的通信过程和联系

1.客户端获取服务端的代理对象（proxy）。我们需要明确的是客户端进程并不能直接操作服务端中的方法，如果要操作服务端中的方法，那么有一个可行的解决方法就是在客户端建立一个服务端进程的代理对象，这个代理对象具备和服务端进程一样的功能，要访问服务端进程中的某个方法，只需要访问代理对象中对应的方法即可；

2.客户端通过调用代理对象向服务端发送请求。

3.代理对象将用户请求通过Binder驱动发送到服务器进程；

4.服务端进程处理客户端发过来的请求，处理完之后通过Binder驱动返回处理结果给客户端的服务端代理对象；

5.代理对象将请求结果进一步返回给客户端进程。

通过以上5个步骤，就完成了一次Binder通信。

四、Binder 通信模型

Binder框架定义了四个角色：Server，Client，ServiceManager（以后简称SMgr）以及Binder驱动。

得出啊结论;Client和Server之间的进程间通信通过Binder驱动程序间接实现

五、Binder机制的组成

Binder机制由三部分组成，即：

1.Client;

2.Server;

3.ServiceManager。

三部分组件之间的关系:

1.Client、Server、ServiceManager均在用户空间中实现，而Binder驱动程序则是在内核空间中实现的；

2.在Binder通信中，Server进程先注册一些Service到ServiceManager中，ServiceManager负责管理这些Service并向Client提供相关的接口；

3.Client进程要和某一个具体的Service通信，必须先从ServiceManager中获取该Service的相关信息，Client根据得到的Service信息与Service所在的Server进程建立通信，之后Clent就可以与Service进行交互了；

4.Binder驱动程序提供设备文件/dev/binder与用户空间进行交互，Client、Server和ServiceManager通过open和ioctl文件操作函数与Binder驱动程序进行通信；

5.Client、Server、ServiceManager三者之间的交互都是基于Binder通信的，所以通过任意两者这件的关系，都可以解释Binder的机制。

总结回答：

Binder是Android系统中的一种IPC进程间通信结构。
　　Binder的整个设计是C/S结构，客户端进程通过获取服务端进程的代理，并通过向这个代理接口方法中读写数据来完成进程间的数据通信。
　　Android之所以选择Binder，我觉得有2个方面的原因。
　　1是安全，每个进程都会被Android系统分配UID和PID，不像传统的在数据里加入UID，这就让那些恶意进程无法直接和其他进程通信，进程间通信的安全性得到提升。
　　2是高效，像Socket之类的IPC每次数据拷贝都需要2次，而Binder只要1次，在手机这种资源紧张的情况下很重要。

问题二：

多线程间通信和多进程之间通信有什么不同，分别怎么实现？

一、进程间的通信方式 
1. 管道( pipe )：管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的 
进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。 
2. 有名管道 (namedpipe) ： 有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的 
通信。 
3. 信号量(semophore ) ： 信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它 
常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进 
程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。 
4. 消息队列( messagequeue ) ： 消息队列是由消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符 
标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。 
5. 信号 (sinal ) ： 信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。 
6. 共享内存(shared memory ) ：共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内 
存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式，它是针对其他进程间 
通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号两，配合使用，来实现进程间 
的同步和通信。 
7. 套接字(socket ) ： 套解口也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同 
及其间的进程通信。

二、线程间的通信方式 
1. 锁机制：包括互斥锁、条件变量、读写锁 
*互斥锁提供了以排他方式防止数据结构被并发修改的方法。 
*读写锁允许多个线程同时读共享数据，而对写操作是互斥的。 
*条件变量可以以原子的方式阻塞进程，直到某个特定条件为真为止。对条件的测试是在互斥锁 
的保护下进行的。条件变量始终与互斥锁一起使用。 
2. 信号量机制(Semaphore)：包括无名线程信号量和命名线程信号量 
3. 信号机制(Signal)：类似进程间的信号处理 
线程间的通信目的主要是用于线程同步，所以线程没有像进程通信中的用于数据交换的通信机 
制。

参考博客;

http://www.cnblogs.com/1992monkey/p/5405529.html

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI0MjE3OTYwMg==&mid=2649548116&idx=1&sn=d11a131871623110c74e3676d4fcf785&chksm=f1180e29c66f873f9cac5dc104f97fae319c1831219a9fd9458a4429f16562f6712cc7f65a4c&scene=21#wechat_redirect