Android系统的Binder机制

Android系统的Binder机制之一——Service Manager

 

Android虽然构建在Linux上面，但是在IPC（进程间）机制方面，没有利用Linux提供IPC机制，而是自己实现了一套轻量级的IPC机制——binder机制。并且Android Binder机制之上，Android框架提供了一套封装，可以实现对象代理（在本地进程中代理远程进程的对象）。本文简单分析一下Android Binder机制。

Binder情景分析

    一个IPC通讯我们可以理解成客户端-服务器模式，因此我们先在这里分析一下典型的Binder应用模式：

1、客户端通过某种方式（后文会详细介绍）得到服务器端的代理对象。从客户端角度看来代理对象和他的本地对象没有什么差别。它可以像其他本地对象一样调用其方法，访问其变量。 
2、客户端通过调用服务器代理对象的方法向服务器端发送请求。 
3、代理对象把用户请求通过Android内核（Linux内核）的Binder驱动发送到服务器进程。 
4、服务器进程处理用户请求，并通过Android内核（Linux内核）的Binder驱动返回处理结果给客户端的服务器代理对象。 
5、客户端收到服务器端的返回结果。

    如果你对COM或者Corba熟悉的话，以上的情景是否会让你联想到什么呢？没错！都是对象代理。以上的情景，在Android中经常会被用到。如果你还没有注意到这点儿，那么本文非常适合你。

Binder机制的组成

1、Binder驱动

    binder是内核中的一个字符驱动设备位于：/dev/binder。这个设备是Android系统IPC的核心部分，客户端的服务代理用来通过它向服务器（server）发送请求，服务器也是通过它把处理结果返回给客户端的服务代理对象。我们只需要知道它的功能就可以了，本文我们的重点不在这里，所以后面不会专门介绍这部分，因为很少会有人会显示打开这个设备去开发Android程序。如果想深入了解的话，请研究内核源码中的binder.c。

2、Service Manager

    负责管理服务。对应于第一步中，客户端需要向Service Manager来查询和获得所需要服务。服务器也需要向Service Manager注册自己提供的服务。可以看出Service Manager是服务的大管家。

3、服务（Server）

    需要强调的是这里服务是指的是System Server，而不是SDK server，请参考《（转）高焕堂——Android框架底层结构知多少？》关于两种Server的介绍（其实应该是三种，丢掉了init调用的server，在init.rc中配置）。

4、客户端

    一般是指Android系统上面的应用程序。它可以请求Server中的服务。

5、对象代理

    是指在客户端应用程序中生成的Server代理（proxy）。从应用程序角度看代理对象和本地对象没有差别，都可以调用其方法，方法都是同步的，并且返回相应的结果。

大内总管——Service Manager

    Android系统Binder机制的总管是Service Manager，所有的Server（System Server）都需要向他注册，应用程序需要向其查询相应的服务。可见其作用是多么的重要，所以本文首先介绍Service Manager。

    通过上面介绍我们知道Service Manager非常重要，责任重大。那么怎样才能成为Service Manager呢？是不是谁都可以成为Service Manager呢？怎样处理server的注册和应用程序的查询和获取服务呢？为了回答这些问题先查看，Android中Service Manager的源码，其源码位于：

frameworks/base/cmds/servicemanager/service_manager.c

我们发现了main函数，说明他自己就是一个进程，在init.rc中我们发现：

service servicemanager /system/bin/servicemanager
    user system
    critical
    onrestart restart zygote
    onrestart restart media

说明其是Android核心程序，开机就会自动运行。

    下面我们在研究一下它的代码，main函数很简单：

int main(int argc, char **argv)
{
    struct binder_state *bs;
    void *svcmgr = BINDER_SERVICE_MANAGER;

    bs = binder_open(128*1024);

    if (binder_become_context_manager(bs)) {
        LOGE("cannot become context manager (%s)/n", strerror(errno));
        return -1;
    }

    svcmgr_handle = svcmgr;
    binder_loop(bs, svcmgr_handler);
    return 0;
}

我们看到它先调用binder_open打开binder设备（/dev/binder），其次它调用了binder_become_context_manager函数，这个函数使他自己变为了“Server大总管”，其代码如下：

 

int binder_become_context_manager(struct binder_state *bs)
{
    return ioctl(bs->fd, BINDER_SET_CONTEXT_MGR, 0);
}

也就是通过ioctl向binder设备声明“我就是server大总管”。

    Service Manager作为一个Server大总管，本身也是一个server。既然是一个server就要时刻准备为客户端提供服务。最好Service Manager调用binder_loop进入到循环状态，并提供了一个回调函数，等待用户的请求。注意他的Service Manager的客户端既包括应用程序（查询和获取服务），也包括Server（注册服务）。

    Service Manager的客户怎样才能请求其服务呢？答案是上文我们提到的情景一样。客户需要在自己进程中创建一个服务器代理。现在没有地方去查询服务，那么怎样它的客户怎样生成他的服务代理对象呢？答案是binder设备（/devbinder）为每一个服务维护一个句柄，调用binder_become_context_manager函数变为“Server大总管”的服务，他的句柄永远是0，是一个“众所周知”的句柄，这样每个程序都可以通过binder机制在自己的进程空间中创建一个

Service Manager代理对象了。其他的服务在binder设备在设备中的句柄是不定的，需要向“Server大总管”查询才能知道。

    现在我们需要研究Server怎样注册服务了，还是在其源码中，我们可以看到在其服务处理函数中（上文提到binder_loop函数注册给binder设备的回调函数）有如下代码：

 

 

    case SVC_MGR_ADD_SERVICE:
        s = bio_get_string16(msg, &len);
        ptr = bio_get_ref(msg);
        if (do_add_service(bs, s, len, ptr, txn->sender_euid))
            return -1;
        break;

有server向binder设备写入请求注册Service时，Service Manager的服务处理回调函数将会被调用。我们在仔细看看do_add_service函数的实现：

int do_add_service(struct binder_state *bs,
                   uint16_t *s, unsigned len,
                   void *ptr, unsigned uid)
{
    struct svcinfo *si;
//    LOGI("add_service('%s',%p) uid=%d/n", str8(s), ptr, uid);

    if (!ptr || (len == 0) || (len > 127))
        return -1;

    if (!svc_can_register(uid, s)) {
        LOGE("add_service('%s',%p) uid=%d - PERMISSION DENIED/n",
             str8(s), ptr, uid);
        return -1;
    }

    si = find_svc(s, len);
    if (si) {
        if (si->ptr) {
            LOGE("add_service('%s',%p) uid=%d - ALREADY REGISTERED/n",
                 str8(s), ptr, uid);
            return -1;
        }
        si->ptr = ptr;
    } else {
        si = malloc(sizeof(*si) + (len + 1) * sizeof(uint16_t));
        if (!si) {
            LOGE("add_service('%s',%p) uid=%d - OUT OF MEMORY/n",
                 str8(s), ptr, uid);
            return -1;
        }
        si->ptr = ptr;
        si->len = len;
        memcpy(si->name, s, (len + 1) * sizeof(uint16_t));
        si->name[len] = '/0';
        si->death.func = svcinfo_death;
        si->death.ptr = si;
        si->next = svclist;
        svclist = si;
    }

    binder_acquire(bs, ptr);
    binder_link_to_death(bs, ptr, &si->death);
    return 0;
}

我们看到首先检查是否有权限注册service，没权限就对不起了，出错返回；然后检查是否已经注册过，注册过的service将不能再次注册。然后构造一个svcinfo对象，并加入一个全局链表中svclist中。最后通知binder设备：有一个service注册进来。

    我们再来看看客户端怎样通过Service Manager获得Service，还是在服务处理函数中（上文提到binder_loop函数注册给binder设备的回调函数）有如下代码：

    case SVC_MGR_GET_SERVICE:
    case SVC_MGR_CHECK_SERVICE:
        s = bio_get_string16(msg, &len);
        ptr = do_find_service(bs, s, len);
        if (!ptr)
            break;
        bio_put_ref(reply, ptr);
        return 0;

    我们可以看到通过do_find_service查找Service如果查找到的话，写入reply中返回给客户端。

    本文我们简单分析了一下Service Manager，后续我们会继续分析Android binder机制的其他部分。

 

Android系统的Binder机制之二——服务代理对象（1）

• 
  

    上文《Android系统的Binder机制之一——Service Manager》我们学习了Service Manager在Android Binder中的作用——服务（Service）注册，服务（Service）查询的功能。本文我们一起学习服务（Service）在客户端中的代理机制。重点介绍其核心对象BpBinder。 

1、服务代理的原理

    如下是客户端请求service服务的场景：

1、首先客户端向Service manager查找相应的Service。上文《Android系统的Binder机制之一——Service Manager》有比较详细的介绍。注意客户端和Service可能在两个不同的进程中。 
2、Android系统将会为客户端进程中创建一个Service代理。下文将详细介绍该创建过程。 
3、客户端视角只有Service代理，他所有对Service的请求都发往Service代理，然后有Service代理把用户请求转发给Service本身。Service处理完成之后，把结果返回给Service代理，Service代理负责把处理结果返回给客户端。注意客户端对Service代理的调用都是同步调用（调用挂住，直到调用返回为止），这样客户端视角来看调用远端Service的服务和调用本地的函数没有任何区别。这也是Binder机制的一个特点。

2、Android进程环境——ProcessState类型和对象

    在Android系统中任进程何，要想使用Binder机制，必须要创建一个ProcessState对象和IPCThreadState对象。当然如果Android进程不使用Binder机制，那么这两个对象是不用创建的。这种情况很少见，因为Binder机制是整个Android框架的基础，可以说影响到Android方方面面。所以说了解这两个对象的作用非常重要。

    台湾的高焕堂先生一片文章《认识ProcessState类型和对象》，可以在我的博文《（转）高焕堂——Android框架底层结构知多少？》中找到。可以先通过这篇文章对ProcessState进行一个大概了解。

    ProcessState是一个singleton类型，一个进程只能创建一个他的对象。他的作用是维护当前进程中所有Service代理（BpBinder对象）。一个客户端进程可能需要多个Service的服务，这样可能会创建多个Service代理（BpBinder对象），客户端进程中的ProcessState对象将会负责维护这些Service代理。

我们研究一下创建一个Service代理的代码：

   1: sp ProcessState::getStrongProxyForHandle(int32_t handle) 

   2: { 

   3:     sp result; 

   4:   

   5:     AutoMutex _l(mLock); 

   6:   

   7:     handle_entry* e = lookupHandleLocked(handle); 

   8:   

   9:     if (e != NULL) { 

  10:         // We need to create a new BpBinder if there isn't currently one, OR we 

  11:         // are unable to acquire a weak reference on this current one.  See comment 

  12:         // in getWeakProxyForHandle() for more info about this.

13: IBinder* b = e->binder; 

  14:         if (b == NULL || !e->refs->attemptIncWeak(this)) { 

  15:             b = new BpBinder(handle);  

  16:             e->binder = b; 

  17:             if (b) e->refs = b->getWeakRefs(); 

  18:             result = b; 

  19:         } else { 

  20:             // This little bit of nastyness is to allow us to add a primary 

  21:             // reference to the remote proxy when this team doesn't have one 

  22:             // but another team is sending the handle to us. 

  23:             result.force_set(b); 

  24:             e->refs->decWeak(this); 

  25:         } 

  26:     } 

  27:   

  28:     return result; 

  29: }

 

    getWeakProxyForHandle函数的作用是根据一个binder句柄（上文《 Android系统的Binder机制之一——Service Manager 》提到Binder驱动为每个Service维护一个Binder句柄，客户端可以通过句柄来和Service通讯）创建对应的Service代理对象。

    当前进程首先调用lookupHandleLocked函数去查看当前进程维护的Service代理对象的列表，该待创建Service代理对象是否已经在当前进程中创建，如果已经创建过了，则直接返回其引用就可以了。否则将会在Service代理对象的列表增加相应的位置（注意系统为了减少分配开销，可能会多分配一些空间，策略是“以空间换时间”），保存将要创建的代理对象。具体代码请参考lookupHandleLocked的源码。

    后面代码就好理解了，如果Service代理对象已经创建过了，直接增加引用计数就行了。若没有创建过，则需要创建一个新的Service代理对象。

3、Android进程环境——IPCThreadState类型和对象

    Android进程中可以创建一个ProcessState对象，该对象创建过程中会打开/dev/binder设备，并保存其句柄。并初始化该设备。代码如下：

   1: ProcessState::ProcessState() 

   2:     : mDriverFD(open_driver()) 

   3:     , mVMStart(MAP_FAILED) 

   4:     , mManagesContexts(false) 

   5:     , mBinderContextCheckFunc(NULL) 

   6:     , mBinderContextUserData(NULL) 

   7:     , mThreadPoolStarted(false) 

   8:     , mThreadPoolSeq(1) 

   9: { 

  10:     if (mDriverFD >= 0) { 

  11:         // XXX Ideally, there should be a specific define for whether we 

  12:         // have mmap (or whether we could possibly have the kernel module 

  13:         // availabla). 

  14: #if !defined(HAVE_WIN32_IPC) 

  15:         // mmap the binder, providing a chunk of virtual address space to receive transactions. 

  16:         mVMStart = mmap(0, BINDER_VM_SIZE, PROT_READ, MAP_PRIVATE | MAP_NORESERVE, mDriverFD, 0); 

  17:         if (mVMStart == MAP_FAILED) { 

  18:             // *sigh*

  19:             LOGE("Using /dev/binder failed: unable to mmap transaction memory./n"); 

  20:             close(mDriverFD); 

  21:             mDriverFD = -1; 

  22:         } 

  23: #else 

  24:         mDriverFD = -1; 

  25: #endif 

  26:     } 

  27:     if (mDriverFD < 0) { 

  28:         // Need to run without the driver, starting our own thread pool. 

  29:     } 

  30: } 

    mDriverFD保存了/dev/binder设备的句柄，如果仔细查看ProcessState的源码会发现这个句柄不会被ProcessState对象使用。那么保存这个句柄做什么用呢？被谁使用呢？非常奇怪。经过查看ProcessState的头文件，发现如下代码：

   1: friend class IPCThreadState;

 

    发现IPCThreadState是ProcessState的友元类，那么就可以怀疑这个句柄是被IPCThreadState的对象使用的，然后查看代码发现确实如此。

    IPCThreadState也是一个singleton的类型，一个进程中也只能有一个这样的对象。我们查看一下它的talkWithDriver函数：

   1: ........... 

   2: if (ioctl(mProcess->mDriverFD, BINDER_WRITE_READ, &bwr) >= 0) 

   3:     err = NO_ERROR; 

   4: else 

   5:     err = -errno; 

   6: ........... 

    IPCThreadState通过ioctl系统调用对ProcessState打开的句柄进行读写。这样我们也可以看出IPCThreadState对象的作用：

1、维护当前进程中所有对/dev/binder的读写。换句话说当前进程通过binder机制进行跨进程调用都是通过IPCThreadState对象来完成的。

2、 IPCThreadState也可以理解成/dev/binder设备的封装，用户可以不直接通过ioctl来操作binder设备，都通过IPCThreadState对象来代理即可。

     我们这里可以再深入地聊一下，不管是客户端进程和Service进程都是需要用IPCThreadState来和binder设备通讯的。如果是客户端进程则通过服务代理BpBinder对象，调用transact函数，该函数作用就是把客户端的请求写入binder设备另一端的Service进程，具体请参阅IPCThreadState类的transact方法。作为Service进程，当他完成初始化工作之后，他需要他们需要进入循环状态等待客户端的请求，Service进程调用它的IPCThreadState对象的joinThreadPool方法，开始轮询binder设备，等待客户端请求的到来，后面我们讨论Service时候会进一步讨论joinThreadPool方法。有兴趣的朋友可以先通过查看代码来了解joinThreadPool方法。

4、Service代理对象BpBinder

    上文关于ProcessState的介绍提到了，客户端进程创建的Service代理对象其实就是BpBinder对象。

    我们首先了解怎样创建BpBinder对象。

   1: BpBinder::BpBinder(int32_t handle) 

   2:     : mHandle(handle) 

   3:     , mAlive(1) 

   4:     , mObitsSent(0) 

   5:     , mObituaries(NULL) 

   6: { 

   7:     LOGV("Creating BpBinder %p handle %d/n", this, mHandle); 

   8:   

   9:     extendObjectLifetime(OBJECT_LIFETIME_WEAK); 

  10:     IPCThreadState::self()->incWeakHandle(handle); 

  11: }

 

    我们可以看出首先是通过IPCThreadState读写binder设备增加中相应binder句柄上的Service的引用计数。然后本地保存代理Service的binder句柄mHandle。

    客户进程对Service的请求都通过调用BpBinder的transact方法来完成：

   1: status_t BpBinder::transact( 

   2:     uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags) 

   3: { 

   4:     // Once a binder has died, it will never come back to life. 

   5:     if (mAlive) { 

   6:         status_t status = IPCThreadState::self()->transact( 

   7:             mHandle, code, data, reply, flags); 

   8:         if (status == DEAD_OBJECT) mAlive = 0; 

   9:         return status; 

  10:     } 

  11:   

  12:     return DEAD_OBJECT; 

  13: } 

在transact方法中，还是调用客户进程的IPCThreadState对象来完成对相应Service请求。注意transact方法是同步方法，将会挂住客户进程的当前线程，直到service把请求处理完成，并返回结果。这时客户进程当前线程的transact方法返回。

5、Android系统对Binder机制的抽象——IBinder

    上面我们讲解了Binder机制比较底层的机制，这些机制直接用还是比较麻烦的，比如使用binder设备的ioctl，需要记住很多ioctl的代码。

    Android为了是Binder机制容易使用，对Binder机制进行了抽象，定义了IBinder接口，该接口在C/C++和Java层都有定义。IBinder定义了一套使用Binder机制使用和实现客户程序和服务器的通讯协议。可以理解如下定义：

1、向Android注册的Service也必须是IBinder（继承扩展IBinder接口）对象。后续文章中我们讨论Service的时候我们会介绍到这方面的内容。

2、客户端得到Service代理对象也必须定义成IBinder（继承扩展IBinder接口）对象。这也是为什么BpBinder就是继承自IBinder。

3、客户端发送请求给客户端，调用接口的Service代理对象IBinder接口的transact方法。

4、Android系统Binder机制将负责把用户的请求，调用Service对象IBinder接口的onTransact方法。具体实现我们将在以后介绍Service的时候讨论。

6、Service Manager代理对象

    我们知道Service Manager是Android Binder机制的大管家。所有需要通过Binder通讯的进程都需要先获得Service Manager的代理对象才能进行Binder通讯。Service Manager即在C/C++层面提供服务代理，又在Java层面提供服务代理，本文先介绍一下C/C++层面的服务代理，Java层面的服务代理将在后续文章中介绍。

    进程在C/C++层面上面，Android在Android命名空间中定义了一个全局的函数defaultServiceManager（定义在framework/base/libs/binder），通过这个函数可以使进程在C/C++层面获得Service Manager的代理。我们先看一下该函数的定义：

   1: sp defaultServiceManager() 

   2: { 

   3:     if (gDefaultServiceManager != NULL) return gDefaultServiceManager; 

   4:      

   5:     { 

   6:         AutoMutex _l(gDefaultServiceManagerLock); 

   7:         if (gDefaultServiceManager == NULL) { 

   8:             gDefaultServiceManager = interface_cast( 

   9:                 ProcessState::self()->getContextObject(NULL)); 

  10:         } 

  11:     } 

  12:      

  13:     return gDefaultServiceManager; 

  14: }

 

    我们可以看到defaultServiceManager是调用ProcessState对象的getContextObject方法获得Service Manager的getContextObject方法获得Service Manager代理对象。我们再看一下getContextObject函数的定义：

   1: sp ProcessState::getContextObject(const sp& caller) 

   2: { 

   3:     if (supportsProcesses()) { 

   4:         return getStrongProxyForHandle(0); 

   5:     } else { 

   6:         return getContextObject(String16("default"), caller); 

   7:     } 

   8: } 

    我们可以看出其实是调用我们上面描述过的getStrongProxyForHandle方法，并以句柄0为参数来获得Service Manager的代理对象。

    ProcessState::self()->getContextObject(NULL)返回一个IBinder对象，怎样把它转化成一个IServiceManager的对象呢？这就是模板函数interface_cast的作用了。调用的是IServiceManager.asInterface方法。IServiceManager的asInterface方法通过DECLARE_META_INTERFACE和IMPLEMENT_META_INTERFACE宏来定义，详细情况请查看IServiceManager类的定义。IMPLEMENT_META_INTERFACE宏关于asInterface的定义如下：

   1: android::sp I##INTERFACE::asInterface(                / 

   2:         const android::sp& obj)                   / 

   3: {                                                                   / 

   4:     android::sp intr;                                 / 

   5:     if (obj != NULL) {                                              / 

   6:         intr = static_cast(                          / 

   7:             obj->queryLocalInterface(                               / 

   8:                     I##INTERFACE::descriptor).get());               / 

   9:         if (intr == NULL) {                                         / 

  10:             intr = new Bp##INTERFACE(obj);                          / 

  11:         }                                                           / 

  12:     }                                                               / 

  13:     return intr;                                                    / 

  14: }                                                                   /

 

    最终asInterface将会用一个IBinder对象创建一个BpServiceManager对象，并且BpServiceManager继承自IServiceManager，这样我们就把IBinder对象转换成了IServiceManager对象。如果你仔细查看BpServiceManager的定义，你会发现查询Service，增加Service等方法其实都是调用底层的IBinder对象来完成的。

    当我们在C/C++层面编写程序使用Binder机制的时候将会调用defaultServiceManager函数来获得Service Manager，比如：很多Android系统Service都是在C/C++层面实现的，他们就需要向Service Manager注册其服务，那么这些服务将调用defaultServiceManager获得Service Manager代理对象。我们在后续介绍Android系统Service的时候将会详细介绍。

7、总结

    本文中我们介绍了C++层面的Service代理，后续文章我们将介绍Java层面的Service代理。

 

 

Android进程的C/C++层面和Java层

    Android中程序大部分都是java开发，底层通过JNI调用C/C++的代码。这样一个程序就分为了两个层面C/C++层面和Java层面。运行状态下，我们说它们都在一个进程之中，拥有相同的进程属性（UID，GID等等）。

    Binder客户程序的C/C++层面的对象和原理我们在上文《Android系统的Binder机制之二——服务代理对象（1）》已经学习。下面我们将介绍客户程序怎样在Java层面通过JNI调用底层C/C++代码的创建服务代理。

ServiceManager类型和对象

    我在《Android系统的Binder机制之一——Service Manager》中介绍过，客户端要想获得服务代理，首先要向ServiceManager查询Service。在Java层面也是这样，所以我们首先分析Java层面ServiceManager类。

    我们通过查看ServiceManager的源码我们发现，ServiceManager类型也是一个Singleton类型。所有的方法都是静态方法，所有静态方法都是访问它的IServiceManager类型的静态变量sServiceManager，定义如下：

   1: private static IServiceManager sServiceManager;

 

所以可以理解ServiceManager就是IServiceManager对象的一个代理。为创建和访问这个变量都是通过ServiceManager的getIServiceManager方法，定义如下：

   1: private static IServiceManager getIServiceManager() { 

   2:     if (sServiceManager != null) { 

   3:         return sServiceManager; 

   4:     } 

   5:   

   6:     // Find the service manager 

   7:     sServiceManager = ServiceManagerNative.asInterface(BinderInternal.getContextObject()); 

   8:     return sServiceManager;

   9: }

 

    通过上面的代码，非常清晰的告诉我们ServiceManager类型是一个Singleton类型。现在我们主要研究sServiceManager对象怎样创建的。如下代码创建IServiceManager对象：

   1: sServiceManager = ServiceManagerNative.asInterface(BinderInternal.getContextObject());

 

我们首先查看BinderInternal类的getContextObject方法的代码，发现是Native代码（哈哈！有终于到达C/C++层面了，我们已经熟悉了），对应的代码为android_util_binder.cpp中的android_os_BinderInternal_getContextObject函数，代码如下：

   1: static jobject android_os_BinderInternal_getContextObject(JNIEnv* env, jobject clazz) 

   2: { 

   3:     sp b = ProcessState::self()->getContextObject(NULL); 

   4:     return javaObjectForIBinder(env, b); 

   5: }

 

    终于看到我们上文《Android系统的Binder机制之二——服务代理对象（1）》介绍过的ProcessState对象了，我们再去查看ProcessState对象的getContextObject方法，代码如下：

   1: sp ProcessState::getContextObject(const sp& caller) 

   2: { 

   3:     if (supportsProcesses()) { 

   4:         return getStrongProxyForHandle(0); 

   5:     } else { 

   6:         return getContextObject(String16("default"), caller); 

   7:     } 

   8: }

 

    我们看到在当前进程的ProcessState对象其实是调用getStrongProxyForHandle方法来创建binder句柄为0的服务代理对象——BpBinder对象，我们在《Android系统的Binder机制之一——Service Manager》提到过ServiceManager的binder句柄是一个闻名句柄0。上文《Android系统的Binder机制之二——服务代理对象（1）》已经介绍过ProcessState对象的getStrongProxyForHandle方法，这里就不多说了。

    我们可以看出Java调用C/C++，创建一个服务代理对象BpBinder，在查看BpBinder的定义我们发现继承自IBinder接口，然后在android_util_binder.cpp中的方法android_os_BinderInternal_getContextObject中，把C/C++层面的IBinder对象封装成Java层面的IBinder对象。具体实现可以查看上文的android_os_BinderInternal_getContextObject方法。

    至此我们已经清楚BinderInternal.getContextObject()，返回的是ServiceManager的服务代理对象——BpBinder对象。那么ServiceManagerNative类的静态方法asInterface做什么用呢？我们还是通过代码来分析，在ServiceManagerNative.java中，asInterface的代码如下：

   1: static public IServiceManager asInterface(IBinder obj) 

   2: { 

   3:     if (obj == null) { 

   4:         return null; 

   5:     } 

   6:     IServiceManager in = 

   7:         (IServiceManager)obj.queryLocalInterface(descriptor); 

   8:     if (in != null) { 

   9:         return in; 

  10:     } 

  11:      

  12:     return new ServiceManagerProxy(obj); 

  13: }

 

将会用IBinder对象创建一个ServiceManagerProxy对象，ServiceManagerProxy类型继承了IServiceManager接口，所以asInterface方法最终目的是用一个IBinder对象创建一个IServiceManager对象。

    为什么要用IBinder对象创建一个IServiceManager对象呢？通过ServiceManager的代理对象——IBinder对象（BpBinder对象）应该可以直接请求ServiceManager中的服务了啊？我们在前文《Android系统的Binder机制之二——服务代理对象（1）》简单介绍了一下IBinder类型，客户端通过transact方法向Service发送请求，客户端的onTransact被调用处理客户端的请求，请求通过请求代码来区分。具体请参考Android手册。如果客户端直接用调用ServiceManager的代理对象的IBinder接口，那么客户端必须要记住所有请求的请求代码，对客户端来说不太友好。所以在ServiceManagerNative类中就把ServiceManager的代理对象——IBinder对象（BpBinder对象）封装成ServiceManagerProxy对象，暴露给客户程序一个IServiceManager接口，这样IServiceManager对象将会代理客户程序发往ServiceManager的代理对象的请求。并且是调用IServiceManager对象的方法来给ServiceManager发送请求，这样对客户程序来讲和本地的函数调用是一致的，接口非常友好。比如我们客户程序需要调用IServiceManager的getService方法来查询一个Service，ServiceManagerProxy实现代码如下：

   1: public IBinder getService(String name) throws RemoteException { 

   2:     Parcel data = Parcel.obtain(); 

   3:     Parcel reply = Parcel.obtain(); 

   4:     data.writeInterfaceToken(IServiceManager.descriptor); 

   5:     data.writeString(name); 

   6:     mRemote.transact(GET_SERVICE_TRANSACTION, data, reply, 0); 

   7:     IBinder binder = reply.readStrongBinder(); 

   8:     reply.recycle(); 

   9:     data.recycle(); 

  10:     return binder; 

  11: }

 

    我们可以非常清晰的看到ServiceManagerProxy对象将客户程序的请求转换成对ServiceManager代理对象——IBinder对象（BpBinder对象）的调用。后文我们将会详细介绍怎样通过IServiceManager查询和获得一个系统Service代理对象。

    到这里我们已经分析完了，ServiceManager的Singleton对象——sServiceManager的创建。如果有不清楚的地方请查看代码。

查询和获得Service代理对象

    客户程序通过调用ServiceManager类型的静态方法asInterface获得了IServiceManager对象，但是最终目的一般都是要查询和获得其他的Service，一般都是要调用IServiceManager的getService方法，向ServiceManager获得其他的Service。比如：

   1: IBinder b = ServiceManager.getService(Context.NETWORKMANAGEMENT_SERVICE);

 

    上面的代码中就是调用ServiceManager的静态方法获得网络管理服务代理对象。我们顺藤摸瓜，看看系统是怎样生成这个Service代理对象的。这里只是简单说明一下调用顺序，详细过程请查看源码。

1、调用ServiceManager.java中的ServiceManager静态方法getService。

2、调用ServiceManagerNative.java中的ServiceManagerProxy方法getService。代码如下：

   1: public IBinder getService(String name) throws RemoteException { 

   2:     Parcel data = Parcel.obtain(); 

   3:     Parcel reply = Parcel.obtain(); 

   4:     data.writeInterfaceToken(IServiceManager.descriptor); 

   5:     data.writeString(name); 

   6:     mRemote.transact(GET_SERVICE_TRANSACTION, data, reply, 0); 

   7:     IBinder binder = reply.readStrongBinder(); 

   8:     reply.recycle(); 

   9:     data.recycle(); 

  10:     return binder; 

  11: }

 

    请注意IBinder的transact方法是同步方法（本例中ServiceManager处理完成请求之后才会返回），我们可以看出调用transact之后，调用reply.readStrongBinder()来读取IBinder对象。

3、查看Parcel.java中的readStrongBinder方法，发现是Native方法，将会调用到C/C++的代码。

4、查看android_util_binder.cpp中的android_os_Parcel_readStrongBinder函数。代码如下：

   1: static jobject android_os_Parcel_readStrongBinder(JNIEnv* env, jobject clazz) 

   2: { 

   3:     Parcel* parcel = parcelForJavaObject(env, clazz); 

   4:     if (parcel != NULL) { 

   5:         return javaObjectForIBinder(env, parcel->readStrongBinder()); 

   6:     } 

   7:     return NULL; 

   8: }

 

parcel->readStrongBinder()将会产生一个IBinder对象。

5、查看Parcel.cpp中，Parcel的方法readStrongBinder。代码如下：

   1: sp Parcel::readStrongBinder() const 

   2: { 

   3:     sp val; 

   4:     unflatten_binder(ProcessState::self(), *this, &val); 

   5:     return val; 

   6: }

 

6、查看Parcel.cpp中，Parcel的方法unflatten_binder。代码如下：

   1: status_t unflatten_binder(const sp& proc, 

   2:     const Parcel& in, sp* out) 

   3: { 

   4:     const flat_binder_object* flat = in.readObject(false); 

   5:      

   6:     if (flat) { 

   7:         switch (flat->type) { 

   8:             case BINDER_TYPE_BINDER: 

   9:                 *out = static_cast(flat->cookie); 

  10:                 return finish_unflatten_binder(NULL, *flat, in); 

  11:             case BINDER_TYPE_HANDLE: 

  12:                 *out = proc->getStrongProxyForHandle(flat->handle); 

  13:                 return finish_unflatten_binder( 

  14:                     static_cast(out->get()), *flat, in); 

  15:         }    

  16:     } 

  17:     return BAD_TYPE; 

  18: } 

终于看到调用我们的老朋友ProcessState对象的getStrongProxyForHandle方法了，这样将会创建一个BpBinder对象，然后该BpBinder对象将会被转换成IBinder对象返回给Java层。

7、Java层为了用使用Service方便，可以把Service代理对象——BpBinder对象（IBinder对象）封装成一个对客户程序友好的代理对象，就如前面ServiceManagerProxy所示那样。

8、用户程序就可以通过该代理对象访问相应Service了。

    通过所述，我们了解了Service代理对象在Java层的创建和使用。Android系统的Binder机制博大精深，我在本文中很多方面都是蜻蜓点水，如果想深入学习请参阅Android的源码。

 

 

 

1、系统Service实例——Media server

    首先我们先看一下Android一个实例Media Service，代码位于framework/base/media/mediaserver/main_mediaserver.cpp文件：

   1: // System headers required for setgroups, etc. 

   2: #include  

   3: #include  

   4: #include  

   5:   

   6: #include  

   7: #include  

   8: #include  

   9: #include  

  10:   

  11: #include  

  12: #include  

  13: #include  

  14: #include  

  15: #include <private/android_filesystem_config.h> 

  16:   

  17: using namespace android; 

  18:   

  19: int main(int argc, char** argv) 

  20: { 

  21:     sp proc(ProcessState::self()); 

  22:     sp sm = defaultServiceManager(); 

  23:     LOGI("ServiceManager: %p", sm.get()); 

  24:     AudioFlinger::instantiate(); 

  25:     MediaPlayerService::instantiate(); 

  26:     CameraService::instantiate(); 

  27:     AudioPolicyService::instantiate(); 

  28:     ProcessState::self()->startThreadPool(); 

  29:     IPCThreadState::self()->joinThreadPool(); 

  30: }

 

    我们发现Media Server是一个进程，并且该程序的实现表面上也挺简单，其实并不简单，让我们慢慢分析一下Media Server。

1、第一句创建创建一个ProcessState的引用，但是这个对象后面并没有被调用到，那么为什么创建呢？请回想一下我在博文《Android系统的Binder机制之二——服务代理对象（1）》中介绍ProcessState对象时提到：如果一个进程要使用Binder机制，那么他的进程中必须要创建一个ProcessState对象来负责管理Service的代理对象。

2、第二句调用defaultServiceManager获得一个Service Manager代理对象，我在《Android系统的Binder机制之二——服务代理对象（1）》已经对此有了详细的介绍这里就不赘述了。

3、后面几行都是创建具体的Service，我们展开之后发现都是一些调用Service Manager的addService进行注册的函数，以AudioFlinger为例，instantiate代码如下：

   1: void AudioFlinger::instantiate() { 

   2:     defaultServiceManager()->addService( 

   3:             String16("media.audio_flinger"), new AudioFlinger()); 

   4: }

 

4、最后调用ProcessState的startThreadPool方法和IPCThreadState的joinThreadPool使Media Server进入等待请求的循环当中。

    我们可以看出一个进程中可以有多个Service，Media Server这个进程中就存在AudioFlinger，MediaPlayerService，CameraService，AudioPolicyService四个Service。

2、系统Service的基础——BBinder

    我们仔细查看一下Media Server中定义的四个Service我们将会发现他们都是继承自BBinder，而BBinder又继承自IBinder接口，详细情况请自行查看他们的代码。每个Service都改写了BBinder的onTransact虚函数，当用户发送请求到达Service时，框架将会调用Service的onTransact函数，后面我们将会详细的介绍这个机制。

3、Service注册

    每个Service都需要向“大管家”Service Manager进行注册，调用Service Manager的addService方法注册。这样Service Manager将会运行客户端查询和获取该Service（代理对象），然后客户端就可以通过该Service的代理对象请求该Service的服务。

4、Service进入等待请求的循环

    每个Service必须要进入死循环，等待客户端请求的到达，本例中最后两句就是使Service进行等待请求的循环之中。ProcessState的startThreadPool方法最终调用的也是IPCThreadState的joinThreadPool方法，具体请查看代码。IPCThreadState的joinThreadPool方法的代码如下：

   1: void IPCThreadState::joinThreadPool(bool isMain) 

   2: {

   3:       ......   

   4:       do { 

   5:         int32_t cmd; 

   6:          

   7:         ...... 

   8:   

   9:         // now get the next command to be processed, waiting if necessary 

  10:         result = talkWithDriver(); 

  11:         if (result >= NO_ERROR) { 

  12:             ...... 

  13:   

  14:             result = executeCommand(cmd);

  15:         } 

  16:          

  17:         ...... 

  18:     } while (result != -ECONNREFUSED && result != -EBADF); 

  19:   

  20:     ...... 

  21: } 

    Service在IPCThreadState的joinThreadPool方法中，调用talkWithDriver方法和Binder驱动进行交互，读取客户端的请求。当客户端请求到达之后调用executeCommand方法进行处理。

    我们再看一下Service怎样处理客户端的请求？我们们查看一下executeCommand方法的源码：

   1: status_t IPCThreadState::executeCommand(int32_t cmd) 

   2: { 

   3:     BBinder* obj; 

   4:     RefBase::weakref_type* refs; 

   5:     status_t result = NO_ERROR; 

   6:      

   7:     switch (cmd) { 

   8:         ......  

   9:          case BR_TRANSACTION: 

  10:         { 

  11:             ...... 

  12:             if (tr.target.ptr) { 

  13:                 sp b((BBinder*)tr.cookie); 

  14:                 const status_t error = b->transact(tr.code, buffer, &reply, 0); 

  15:                 if (error < NO_ERROR) reply.setError(error); 

  16:                  

  17:             }  

  18:             ......             

  19:         } 

  20:         break; 

  21:      

  22:     ...... 

  23:     } 

  24:   

  25:     if (result != NO_ERROR) { 

  26:         mLastError = result; 

  27:     } 

  28:      

  29:     return result; 

  30: }

 

可以看到IPCThreadState将会直接调用BBinder的transact方法来处理客户端请求，我们再看一下BBinder的transact方法：

   1: status_t BBinder::transact( 

   2:     uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags) 

   3: { 

   4:     data.setDataPosition(0); 

   5:   

   6:     status_t err = NO_ERROR; 

   7:     switch (code) { 

   8:         case PING_TRANSACTION: 

   9:             reply->writeInt32(pingBinder()); 

  10:             break; 

  11:         default: 

  12:             err = onTransact(code, data, reply, flags); 

  13:             break; 

  14:     } 

  15:   

  16:     if (reply != NULL) { 

  17:         reply->setDataPosition(0); 

  18:     } 

  19:   

  20:     return err; 

  21: }

 

我们发现他将会叫用自己的虚函数onTransact。我们前面提到所有的Service都集成自BBinder，并且都改写了onTransact虚函数。那么IPCThreadState将会调用Service定义onTransact方法来响应客户请求。