Binder系统初探（一）

 

        虽说阅读Binder的源代码是学习Binder机制的最好的方式，但是也绝不能打无准备之仗，因为Binder的相关源代码是比较枯燥无味而且比较难以理解的，如果能够辅予一些理论知识，那就更好了。闲话少说，网上关于Binder机制的资料还是不少的，这里就不想再详细写一遍了，强烈推荐下面两篇文章：

        Android深入浅出之Binder机制

        Android Binder设计与实现 – 设计篇
 

 

void MediaPlayerService::instantiate() {
266    defaultServiceManager()->addService(
267            String16("media.player"), new MediaPlayerService());
268}

defaultServiceManager = BpServiceManager

class MediaPlayerService : public BnMediaPlayerService

Bn Binder Native层

Bp Binder Proxy  代理

BpServiceManager   BnServiceManager  BnMediaPlayerService  BpMediaPlayerService来和他交互呢

p defaultServiceManager()

{

sp ProcessState::getContextObject(const sp& /*caller*/)
{
    return getStrongProxyForHandle(0);
}

  b = new BpBinder(handle); 

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

    DECLARE_META_INTERFACE(ServiceManager);

#define DECLARE_META_INTERFACE(INTERFACE)                               \
    static const android::String16 descriptor;                          \
    static android::sp asInterface(                       \
            const android::sp& obj);                  \
    virtual const android::String16& getInterfaceDescriptor() const;    \
    I##INTERFACE();                                                     \
    virtual ~I##INTERFACE();                                            \

怎么和MFC这么类似？微软的影响很大啊！知道MFC的，有DELCARE肯定有IMPLEMENT

class BpServiceManager : public BpInterface
{
public:
    BpServiceManager(const sp& impl)
        : BpInterface(impl)
    {
    }

addService Parcel   writeInterfaceToken      ADD_SERVICE_TRANSACTION

remote transact

class BpRefBase : public virtual RefBase
{

  inline  IBinder*        remote()                { return mRemote; }

BpBinder::BpBinder(int32_t handle)

class BpServiceManager : public BpInterface
{
public:
    BpServiceManager(const sp& impl)
        : BpInterface(impl)
    {
    }

inline BpInterface::BpInterface(const sp& remote)
    : BpRefBase(remote)
{
}

BpRefBase::BpRefBase(const sp& o)
    : mRemote(o.get()), mRefs(NULL), mState(0)
{

virtual status_t addService(const String16& name, const sp& service,
            bool allowIsolated)
    {
        Parcel data, reply;
        data.writeInterfaceToken(IServiceManager::getInterfaceDescriptor());
        data.writeString16(name);
        data.writeStrongBinder(service);
        data.writeInt32(allowIsolated ? 1 : 0);
        status_t err = remote()->transact(ADD_SERVICE_TRANSACTION, data, &reply);
        return err == NO_ERROR ? reply.readExceptionCode() : err;
    }

BpBinder转换为  IServiceManager :BpRefBase

status_t BpBinder::transact(
    uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)
{

//又绕回去了，调用IPCThreadState的transact。

//注意啊，这里的mHandle为0,code是ADD_SERVICE_TRANSACTION,data是命令包

//reply是回复包，flags=0

status_t IPCThreadState::transact(int32_t handle,
                                  uint32_t code, const Parcel& data,
                                  Parcel* reply, uint32_t flags)
{

            err = waitForResponse(reply);
            
            
            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.data.ptr.buffer = reinterpret_cast(statusBuffer);
        
        
        reinterpret_cast(statusBuffer)
        
        
        
        上面把命令数据封装成binder_transaction_data，然后

写到mOut中，mOut是命令的缓冲区，也是一个Parcel

    mOut.writeInt32(cmd);

    mOut.write(&tr, sizeof(tr));

//仅仅写到了Parcel中，Parcel好像没和/dev/binder设备有什么关联啊？

恩，那只能在另外一个地方写到binder设备中去了。难道是在？

    return NO_ERROR;
    
    
    
    
    
    status_t IPCThreadState::waitForResponse(Parcel *reply, status_t *acquireResult)
{

        //看见没？这里开始操作mIn了，看来talkWithDriver中

//把mOut发出去，然后从driver中读到数据放到mIn中了。
status_t IPCThreadState::talkWithDriver(bool doReceive)
{

    binder_write_read bwr;
       if (ioctl(mProcess->mDriverFD, BINDER_WRITE_READ, &bwr) >= 0)
       
       
       好了，到这里，我们发送addService的流程就彻底走完了。

BpServiceManager发送了一个addService命令到BnServiceManager，然后收到回复。

int main(int argc __unused, char** argv)
{
     sp proc(ProcessState::self());
        MediaLogService::instantiate();
        ProcessState::self()->startThreadPool();
       
        
        一个调用的函数是ProcessState::self()，然后赋值给了proc变量，程序运行完，proc会自动delete内部的内容，所以就自动释放了先前分配的资源。
        

    bs = binder_open(128*1024);
    
     bs->fd = open("/dev/binder", O_RDWR);
     
      bs->mapped = mmap(NULL, mapsize, PROT_READ, MAP_PRIVATE, bs->fd, 0);//映射内存
      
      
     if (binder_become_context_manager(bs)) {
        ALOGE("cannot become context manager (%s)\n", strerror(errno));
        return -1;
    }
    
    int binder_become_context_manager(struct binder_state *bs)
{
    return ioctl(bs->fd, BINDER_SET_CONTEXT_MGR, 0);
}

    binder_loop(bs, svcmgr_handler);
    
    void binder_loop(struct binder_state *bs, binder_handler func)
{

    
        struct binder_write_read bwr;  binder_write(bs, readbuf, sizeof(uint32_t));
        
           res = ioctl(bs->fd, BINDER_WRITE_READ, &bwr);
           
           
            res = ioctl(bs->fd, BINDER_WRITE_READ, &bwr);

        if (res < 0) {
            ALOGE("binder_loop: ioctl failed (%s)\n", strerror(errno));
            break;
        }

        res = binder_parse(bs, 0, (uintptr_t) readbuf, bwr.read_consumed, func);
        
        
        int binder_parse(struct binder_state *bs, struct binder_io *bio,
                 uintptr_t ptr, size_t size, binder_handler func)
{

恩，最后有一个类似handleMessage的地方处理各种各样的命令。这个就是

svcmgr_handler,就在ServiceManager.c中

int svcmgr_handler(struct binder_state *bs,
                   struct binder_transaction_data *txn,
                   struct binder_io *msg,
                   struct binder_io *reply)
{

  struct binder_transaction_data *txn = (struct binder_transaction_data *) ptr;
  
   if (func) {
   
   
      if (do_add_service(bs, s, len, handle, txn->sender_euid,
            allow_isolated, txn->sender_pid))
   
   int do_add_service(struct binder_state *bs,
                   const uint16_t *s, size_t len,
                   uint32_t handle, uid_t uid, int allow_isolated,
                   pid_t spid)
                   

  //si = malloc(sizeof(*si) + (len + 1) * sizeof(uint16_t));
  
  si = malloc(sizeof(*si) + (len + 1) * sizeof(uint16_t))

  // memcpy(si->name, s, (len + 1) * sizeof(uint16_t));
   memcpy(si-name,s, (len + 1) * sizeof(uint16_t))
   
    //si->next = svclist;
        //svclist = si;
        
        si->next = svclist
        svclist = si;
        
        喔，对于addService来说，看来ServiceManager把信息加入到自己维护的一个服务列表中了。
        
        
        
        ServiceManager存在的意义
        
        Android系统中Service信息都是先add到ServiceManager中，由ServiceManager来集中管理，这样就可以查询当前系统有哪些服务。而且,Android系统中某个服务例如MediaPlayerService的客户端想要和MediaPlayerService通讯的话，必须先向ServiceManager查询MediaPlayerService的信息，然后通过ServiceManager返回的东西再来和MediaPlayerService交互。

毕竟，要是MediaPlayerService身体不好，老是挂掉的话，客户的代码就麻烦了，就不知道后续新生的MediaPlayerService的信息了，所以只能这样：

另外，ServiceManager的handle标示是0，所以只要往handle是0的服务发送消息了，最终都会被传递到ServiceManager中去

  virtual status_t addService(const String16& name, const sp& service,
            bool allowIsolated)
    {
        Parcel data, reply;
        data.writeInterfaceToken(IServiceManager::getInterfaceDescriptor());
        data.writeString16(name);
        data.writeStrongBinder(service);
        data.writeInt32(allowIsolated ? 1 : 0);
        status_t err = remote()->transact(ADD_SERVICE_TRANSACTION, data, &reply);
        return err == NO_ERROR ? reply.readExceptionCode() : err;
    }
    
    
     defaultServiceManager()->addService(
            String16("media.player"), new MediaPlayerService());
    
    
    
    class MediaPlayerService : public BnMediaPlayerService
{

class BnMediaPlayerService: public BnInterface
{
public:
    virtual status_t    onTransact( uint32_t code,
                                    const Parcel& data,
                                    Parcel* reply,
                                    uint32_t flags = 0);
};

template
class BnInterface : public INTERFACE, public BBinder
{
兑现后变成

class BnInterface : public IMediaPlayerService, public BBinder

class PoolThread : public Thread
{

  t->run(name.string());

  ProcessState::self()->startThreadPool();
        IPCThreadState::self()->joinThreadPool();
        
        void IPCThreadState::joinThreadPool(bool isMain)
{

./work/android-5.0.2/external/lldb/source/Target/Thread.cpp

        

ProcessState::self()->startThreadPool();
  
          spawnPooledThread(true);
          
           sp t = new PoolThread(isMain);
        t->run(name.string());
        
        
          
        IPCThreadState::self()->joinThreadPool();
        
        
        喔，这个时候还没有创建线程呢。然后调用PoolThread::run，实际调用了基类的run。

status_t Thread::run(const char* name, int32_t priority, size_t stack)

{

  bool res;

    if (mCanCallJava) {

        res = createThreadEtc(_threadLoop,//线程函数是_threadLoop

                this, name, priority, stack, &mThread);

    }

//终于，在run函数中，创建线程了。从此

主线程执行

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

新开的线程执行_threadLoop

我们先看看_threadLoop

int Thread::_threadLoop(void* user)

{

    Thread* const self = static_cast(user);

    sp strong(self->mHoldSelf);

    wp weak(strong);

    self->mHoldSelf.clear();

 

    do {

 ...

        if (result && !self->mExitPending) {

                result = self->threadLoop();哇塞，调用自己的threadLoop

            }

        }

我们是PoolThread对象，所以调用PoolThread的threadLoop函数

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

        
        ./work/android-5.0.2/external/lzma/CPP/Windows/Thread.h
./work/android-5.0.2/external/lldb/include/lldb/Target/Thread.h
./work/android-5.0.2/system/core/include/utils/Thread.h

http://androidxref.com/4.4.2_r1/xref/system/core/include/utils/Thread.h

class Thread : virtual public RefBase
{
public:
    // Create a Thread object, but doesn't create or start the associated
    // thread. See the run() method.
                        Thread(bool canCallJava = true);
                        
                            virtual bool        threadLoop() = 0;
                            
                            

class PoolThread : public Thread
57{

 virtual bool threadLoop()
66    {
67        IPCThreadState::self()->joinThreadPool(mIsMain);
68        return false;
69    }

http://androidxref.com/4.4.2_r1/xref/system/core/libutils/Threads.cpp

666Thread::Thread(bool canCallJava)
667    :   mCanCallJava(canCallJava),
668        mThread(thread_id_t(-1)),
669        mLock("Thread::mLock"),
670        mStatus(NO_ERROR),
671        mExitPending(false), mRunning(false)
672#ifdef HAVE_ANDROID_OS
673        , mTid(-1)

status_t Thread::run(const char* name, int32_t priority, size_t stack)
{
  res = createThreadEtc(_threadLoop,
                this, name, priority, stack, &mThread);
                
                int Thread::_threadLoop(void* user)
{
Thread* const self = static_cast(user);

  result = self->threadLoop();
  
  
  class PoolThread : public Thread
57{

//mIsMain为true。

//而且注意，这是一个新的线程，所以必然会创建一个

新的IPCThreadState对象（记得线程本地存储吗？TLS），然后      
 virtual bool threadLoop()
66    {
67        IPCThreadState::self()->joinThreadPool(mIsMain);
68        return false;
69    }
  
 

class Thread : virtual public RefBase
    virtual bool        threadLoop() = 0;
    
    
    主线程和工作线程都调用了joinThreadPool，看看这个干嘛了！
    
    void IPCThreadState::joinThreadPool(bool isMain)
{
    
    
      result = getAndExecuteCommand();
    
     result = executeCommand(cmd);
     case BR_TRANSACTION:

        {

            binder_transaction_data tr;

            result = mIn.read(&tr, sizeof(tr));

//来了一个命令，解析成BR_TRANSACTION,然后读取后续的信息

       Parcel reply;

             if (tr.target.ptr) {

//这里用的是BBinder。

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

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

}

让我们看看BBinder的transact函数干嘛了

status_t BBinder::transact(
    uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)
{           err = onTransact(code, data, reply, flags);

BnMediaPlayerService从BBinder派生，所以会调用到它的onTransact函数 

终于水落石出了，让我们看看BnMediaPlayerServcice的onTransact函数。

IMediaPlayerService.cpp
class BpMediaPlayerService: public BpInterface
{

status_t BnMediaPlayerService::onTransact(
    uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)
{

// BnMediaPlayerService从BBinder和IMediaPlayerService派生，所有IMediaPlayerService

class BnMediaPlayerService: public BnInterface

template
class BnInterface : public INTERFACE, public BBinder

//看到下面的switch没？所有IMediaPlayerService提供的函数都通过命令类型来区分

//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 client =
                interface_cast(data.readStrongBinder());
            int audioSessionId = data.readInt32();
                      create是一个虚函数，由MediaPlayerService来实现！！
            sp player = create(client, audioSessionId);
            
            
        class MediaPlayerService : public BnMediaPlayerService
{
class BnMediaPlayerService: public BnInterface
{
public:
    virtual status_t    onTransact( uint32_t code,
                                    const Parcel& data,
                                    Parcel* reply,
                                    uint32_t flags = 0);
};

class BBinder : public IBinder
{

    virtual status_t    onTransact( uint32_t code,
                                    const Parcel& data,
                                    Parcel* reply,
                                    uint32_t flags = 0);    
            

sp MediaPlayerService::create(const sp& client,
        int audioSessionId)
{

pid_t pid = IPCThreadState::self()->getCallingPid();
    int32_t connId = android_atomic_inc(&mNextConnId);

    sp c = new Client(
            this, pid, connId, client, audioSessionId,
            IPCThreadState::self()->getCallingUid());

    ALOGV("Create new client(%d) from pid %d, uid %d, ", connId, pid,
         IPCThreadState::self()->getCallingUid());

    wp w = c;
    {
        Mutex::Autolock lock(mLock);
        mClients.add(w);
    }
    return c;
    
    }

class MediaPlayerService : public BnMediaPlayerService
{
    class Client;
    
     virtual sp    create(const sp& client, int audioSessionId);
     
     
    class IMediaPlayerService: public IInterface
{

 virtual sp create(const sp& client, int audioSessionId = 0) = 0;
 
 
IMediaPlayerService.cpp

 virtual sp create(
            const sp& client, int audioSessionId) {
        Parcel data, reply;
        data.writeInterfaceToken(IMediaPlayerService::getInterfaceDescriptor());
        data.writeStrongBinder(client->asBinder());
        data.writeInt32(audioSessionId);

        remote()->transact(CREATE, data, &reply);
        return interface_cast(reply.readStrongBinder());
    }
    
    
    其实，到这里，我们就明白了。BnXXX的onTransact函数收取命令，然后派发到派生类的函数，由他们完成实际的工作。
    
    
    
    四 MediaPlayerClient

这节讲讲MediaPlayerClient怎么和MediaPlayerService交互。

使用MediaPlayerService的时候，先要创建它的BpMediaPlayerService。我们看看一个例子

IMediaDeathNotifier::getMediaPlayerService()
{

sp sm = defaultServiceManager();
        sp binder;
        do {
            binder = sm->getService(String16("media.player"));
            if (binder != 0) {
                break;
            }
            
            
             sMediaPlayerService = interface_cast(binder);

    gDefaultServiceManager = interface_cast(

/通过interface_cast，将这个binder转化成BpMediaPlayerService

//注意，这个binder只是用来和binder设备通讯用的，实际

//上和IMediaPlayerService的功能一点关系都没有。

//还记得我说的Bridge模式吗?BpMediaPlayerService用这个binder和BnMediaPlayerService

//通讯。

4.1 Native层
刚才那个getMediaPlayerService代码是C++层的，但是整个使用的例子确实JAVA->JNI层的调用。如果我要写一个纯C++的程序该怎么办？

int main()

{

  getMediaPlayerService();直接调用这个函数能获得BpMediaPlayerService吗？

不能，为什么？因为我还没打开binder驱动呐！但是你在JAVA应用程序里边却有google已经替你

封装好了。

所以，纯native层的代码，必须也得像下面这样处理：

sp proc(ProcessState::self());//这个其实不是必须的，因为

//好多地方都需要这个，所以自动也会创建.

getMediaPlayerService();

还得起消息循环呐，否则如果Bn那边有消息通知你，你怎么接受得到呢？

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

//至于主线程是否也需要调用消息循环，就看个人而定了。不过一般是等着接收其他来源的消息，例如socket发来的命令，然后控制MediaPlayerService就可以了。

}

五 实现自己的Service

好了，我们学习了这么多Binder的东西，那么想要实现一个自己的Service该咋办呢？

如果是纯C++程序的话，肯定得类似main_MediaService那样干了。

int main()

{

  sp proc(ProcessState::self());

sp sm = defaultServiceManager();

sm->addService(“service.name”,new XXXService());

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

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

}

看看XXXService怎么定义呢？

我们需要一个Bn，需要一个Bp，而且Bp不用暴露出来。那么就在BnXXX.cpp中一起实现好了。

另外，XXXService提供自己的功能，例如getXXX调用

5.1 定义XXX接口
XXX接口是和XXX服务相关的，例如提供getXXX，setXXX函数，和应用逻辑相关。

需要从IInterface派生

class IXXX: public IInterface

{

public:

DECLARE_META_INTERFACE(XXX);申明宏

virtual getXXX() = 0;

virtual setXXX() = 0;

}这是一个接口。

5.2 定义BnXXX和BpXXX
为了把IXXX加入到Binder结构，需要定义BnXXX和对客户端透明的BpXXX。

其中BnXXX是需要有头文件的。BnXXX只不过是把IXXX接口加入到Binder架构中来，而不参与实际的getXXX和setXXX应用层逻辑。

这个BnXXX定义可以和上面的IXXX定义放在一块。分开也行。

class BnXXX: public BnInterface

{

public:

    virtual status_t    onTransact( uint32_t code,

                                    const Parcel& data,

                                    Parcel* reply,

                                    uint32_t flags = 0);

//由于IXXX是个纯虚类，而BnXXX只实现了onTransact函数，所以BnXXX依然是

一个纯虚类

};

有了DECLARE，那我们在某个CPP中IMPLEMNT它吧。那就在IXXX.cpp中吧。

IMPLEMENT_META_INTERFACE(XXX, "android.xxx.IXXX");//IMPLEMENT宏

 

status_t BnXXX::onTransact(

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

{

    switch(code) {

        case GET_XXX: {

            CHECK_INTERFACE(IXXX, data, reply);

           读请求参数

           调用虚函数getXXX()

            return NO_ERROR;

        } break; //SET_XXX类似

BpXXX也在这里实现吧。

class BpXXX: public BpInterface

{

public:

    BpXXX (const sp& impl)

        : BpInterface< IXXX >(impl)

    {

}

vitural getXXX()

{

  Parcel data, reply;

  data.writeInterfaceToken(IXXX::getInterfaceDescriptor());

   data.writeInt32(pid);

   remote()->transact(GET_XXX, data, &reply);

   return;

}

//setXXX类似

至此，Binder就算分析完了，大家看完后，应该能做到以下几点：

l         如果需要写自己的Service的话，总得知道系统是怎么个调用你的函数，恩。对。有2个线程在那不停得从binder设备中收取命令，然后调用你的函数呢。恩，这是个多线程问题。

l         如果需要跟踪bug的话，得知道从Client端调用的函数，是怎么最终传到到远端的Service。这样，对于一些函数调用，Client端跟踪完了，我就知道转到Service去看对应函数调用了。反正是同步方式。也就是Client一个函数调用会一直等待到Service返回为止。

 

sp proc(ProcessState::self);

getMediaPlayerService

ProcessState self   IServiceManager defaultServiceManager    
addService         new XXXService         startThreadPool joinThreadPool  

BnXXX.cpp                
5.1 定义XXX接口
XXX接口是和XXX服务相关的，例如提供getXXX，setXXX函数，和应用逻辑相关。

需要从IInterface派生

class IXXX: public IInterface

{

public:

DECLARE_META_INTERFACE(XXX);申明宏

virtual getXXX() = 0;

virtual setXXX() = 0;

}这是一个接口。

5.2 定义BnXXX和BpXXX
为了把IXXX加入到Binder结构，需要定义BnXXX和对客户端透明的BpXXX。

其中BnXXX是需要有头文件的。BnXXX只不过是把IXXX接口加入到Binder架构中来，而不参与实际的getXXX和setXXX应用层逻辑。

这个BnXXX定义可以和上面的IXXX定义放在一块。分开也行。

class BnXXX: public BnInterface

{

public:

    virtual status_t    onTransact( uint32_t code,

                                    const Parcel& data,

                                    Parcel* reply,

                                    uint32_t flags = 0);

//由于IXXX是个纯虚类，而BnXXX只实现了onTransact函数，所以BnXXX依然是

一个纯虚类

};

有了DECLARE，那我们在某个CPP中IMPLEMNT它吧。那就在IXXX.cpp中吧。

IMPLEMENT_META_INTERFACE(XXX, "android.xxx.IXXX");//IMPLEMENT宏

 

status_t BnXXX::onTransact(

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

{

    switch(code) {

        case GET_XXX: {

            CHECK_INTERFACE(IXXX, data, reply);

           读请求参数

           调用虚函数getXXX()

            return NO_ERROR;

        } break; //SET_XXX类似

BpXXX也在这里实现吧。

class BpXXX: public BpInterface

{

public:

    BpXXX (const sp& impl)

        : BpInterface< IXXX >(impl)

    {

}

vitural getXXX()

{

  Parcel data, reply;

  data.writeInterfaceToken(IXXX::getInterfaceDescriptor());

   data.writeInt32(pid);

   remote()->transact(GET_XXX, data, &reply);

   return;

}

//setXXX类似

至此，Binder就算分析完了，大家看完后，应该能做到以下几点：

l         如果需要写自己的Service的话，总得知道系统是怎么个调用你的函数，恩。对。有2个线程在那不停得从binder设备中收取命令，然后调用你的函数呢。恩，这是个多线程问题。

l         如果需要跟踪bug的话，得知道从Client端调用的函数，是怎么最终传到到远端的Service。这样，对于一些函数调用，Client端跟踪完了，我就知道转到Service去看对应函数调用了。反正是同步方式。也就是Client一个函数调用会一直等待到Service返回为止。

getXXX  setXXX    BnXXX  BnInterface IXXX   
onTransact    

BpXXX                IBinder         BpInterface      getXXX          Parcel 
writeInterfaceToken writeInt32 remote transact getXXX      &reply