Android ServiceManager启动

许久就想写篇关于servicemanager的文章，之前对服务启动顺序诸如zygote，systemserver，等启动顺序理解有点混乱，现做如下理解分析：

其实init进程启动后，ServiceManager进程的启动，远比zygote要早，因为在启动zygote进程时需要用到ServiceManager进程的服务。ServiceManager是一个守护进程，它维护着系统服务和客户端的binder通信。

在Android系统中用到最多的通信机制就是Binder，Binder主要由Client、Server、ServiceManager和Binder驱动程序组成。其中Client、Service和ServiceManager运行在用户空间，而Binder驱动程序运行在内核空间。核心组件就是 Binder驱动程序了，而ServiceManager提供辅助管理的功能，无论是Client还是Service进行通信前首先要和ServiceManager取得联系。而ServiceManager是一个守护进程，负责管理Server并向Client提供查询Server的功能。

init.rc中的声明
在init.rc中servicemanager是作为服务启动的。

service servicemanager /system/bin/servicemanager
  class core
  user system
  group system
  critical
  onrestart restart zygote
  onrestart restart media
  onrestart restart surfaceflinger
  onrestart restart drm
注意其中的“critical”字段，该字段很重要，google官方文档对该字段的解释为：如果被该字段标识的service在4分钟内重启了4次，则系统会进入recovery界面。看其restart导致其他service的restart可见一斑。

servicemanager的main函数
源码位置在frameworks/base/cmds/servicemanager/service_manager.c，android4.4源码位于frameworks/native/cmds/servicemanager/service_manager.c, 它的main函数如下：

int main(int argc, char **argv)
{
  struct binder_state *bs;

  //宏：#define BINDER_SERVICE_MANAGER ((void*)0)。表示ServiceManager对应的句柄为0，表面自己是服务器管理者。其他的Server进程句柄值都是大于0的。
  void *svcmgr = BINDER_SERVICE_MANAGER;

  //打开Binder设备，映射128K的内存地址空间
  bs = binder_open(128*1024);

  //告诉Binder驱动程序自己是Binder上下文管理者
  if (binder_become_context_manager(bs)) {
    ALOGE("cannot become context manager (%s)\n", strerror(errno));
    return -1;
  }
  
  //ServiceManager对应的句柄赋值
  svcmgr_handle = svcmgr;

  //进入一个无线循环，充当server角色，等待Client的请求
  binder_loop(bs, svcmgr_handler);
  return 0;
}
binder_open函数
binder_open(unsigned mapsize)函数源码位置在frameworks/base/cmds/servicemanager/Binder.c 
binder_open(unsigned mapsize)函数最终返回的类型为binder_state*，里面记录着刚刚打开的binder驱动文件句柄以及mmap()映射到的最终目标地址。 
struct binder_state
 {
         int fd;   // 文件描述符，打开的/dev/binder设备
         void* mapped;  // 把设备文件/dev/binder映射到进程空间的起始地址
         unsigned mapsize; // 映射内存空间的大小
 };
这个结构体也是在Binder.c中定义的。binder_open(unsigned mapsize)函数代码如下： 
struct binder_state *binder_open(unsigned mapsize)
{
  struct binder_state *bs;
 
  bs = malloc(sizeof(*bs));
  if (!bs) {
    errno = ENOMEM;
    return 0;
  }
  
  //打开/dev/binder驱动文件
  bs->fd = open("/dev/binder", O_RDWR);
  if (bs->fd < 0) {
    fprintf(stderr,"binder: cannot open device (%s)\n",
        strerror(errno));
    goto fail_open;
  }
 
  //设置要映射的空间大小128*1024
  bs->mapsize = mapsize;
 
  //开始映射
  bs->mapped = mmap(NULL, mapsize, PROT_READ, MAP_PRIVATE, bs->fd, 0);
  if (bs->mapped == MAP_FAILED) {
    fprintf(stderr,"binder: cannot map device (%s)\n",
        strerror(errno));
    goto fail_map;
  }
 
    /* TODO: check version */
  return bs;
 
fail_map:
  close(bs->fd);
fail_open:
  free(bs);
  return 0;
}
参数mapsize表示它希望把binder驱动文件的多少字节映射到本地空间。可以看到，Service Manager Service和普通进程所映射的binder大小并不相同。它把binder驱动文件的128K字节映射到内存空间，而普通进程则会映射binder文件 里的BINDER_VM_SIZE（即1M减去8K）字节。 具体的映射动作由mmap()一句完成，该函数将binder驱动文件的一部分映射到进程空间。mmap()的函数原型如下：

void* mmap ( void * addr , size_t len , int prot , int flags , int fd , off_t offset );
参数addr用于指出文件应被映射到进程空间的起始地址，一般指定为空指针，此时会由内核来决定起始地址。

参数len为映射的字节长度。 
参数prot表明对这段映射空间的访问权限，可以是PROT_READ（可读）、PROT_WRITE（可写）、PROT_EXEC（可执行）、PROT_NONE（不可访问）。 
参数fd要被映射的binder驱动文件。 
参数offset是偏移量的起始位置。

binder_become_context_manager函数
binder_become_context_manager(struct binder_state *bs)函数源码位置在frameworks/base/cmds/servicemanager/Binder.c 
此函数作用是让当前进程成为整个系统中唯一的上下文管理器，即 service管理器。其代码非常简单，仅仅是把BINDER_SET_CONTEXT_MGR发送到binder驱动而已。源码如下：

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

binder_loop(struct binder_state *bs, binder_handler func)函数源码位置在frameworks/base/cmds/servicemanager/Binder.c。此时已经正式进入循环，转正为一个server。注意这个函数的参数：bs是文件/dev/binder的描述符，func是函数svcmgr_handler。

void binder_loop(struct binder_state *bs, binder_handler func)
{
  int res;
  struct binder_write_read bwr;
  unsigned readbuf[32];
 
  bwr.write_size = 0;
  bwr.write_consumed = 0;
  bwr.write_buffer = 0;
  
  readbuf[0] = BC_ENTER_LOOPER;
  binder_write(bs, readbuf, sizeof(unsigned));
 
  for (;;) {
    bwr.read_size = sizeof(readbuf);
    bwr.read_consumed = 0;
    bwr.read_buffer = (unsigned) readbuf;
  //通过设备描述符，将数据发给binder驱动
    res = ioctl(bs->fd, BINDER_WRITE_READ, &bwr);
 
    if (res < 0) {
      ALOGE("binder_loop: ioctl failed (%s)\n", strerror(errno));
      break;
    }
     //解析驱动的数据，调用回调函数func
    res = binder_parse(bs, 0, readbuf, bwr.read_consumed, func);
    if (res == 0) {
      ALOGE("binder_loop: unexpected reply?!\n");
      break;
    }
    if (res < 0) {
      ALOGE("binder_loop: io error %d %s\n", res, strerror(errno));
      break;
    }
  }
}
binder_parse函数
这个函数源码位置在frameworks/base/cmds/servicemanager/Binder.c

这个函数主要是对binder文件解析并执行相应的指令。这个函数的大头其实就是那个一路传过来的svcmgr_handler函数，就是那个参数func。

int binder_parse(struct binder_state *bs, struct binder_io *bio,
         uint32_t *ptr, uint32_t size, binder_handler func)
{
  int r = 1;
  uint32_t *end = ptr + (size / 4);
 
  while (ptr < end) {
    uint32_t cmd = *ptr++;
    ...
    //注意这个BR_TRANSACTION
    case BR_TRANSACTION: {
      struct binder_txn *txn = (void *) ptr;
      if ((end - ptr) * sizeof(uint32_t) < sizeof(struct binder_txn)) {
        ALOGE("parse: txn too small!\n");
        return -1;
      }
      binder_dump_txn(txn);
      if (func) {
        unsigned rdata[256/4];
        struct binder_io msg;
        struct binder_io reply;
        int res;
 
        bio_init(&reply, rdata, sizeof(rdata), 4);
        bio_init_from_txn(&msg, txn);
        res = func(bs, txn, &msg, &reply);
 
        binder_send_reply(bs, &reply, txn->data, res);
      }
      ptr += sizeof(*txn) / sizeof(uint32_t);
      break;
    }
   ...
  }
 
  return r;
}
svcmgr_handler函数
这个函数源码位置在frameworks/base/cmds/servicemanager/service_manager.c

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

  switch(txn->code) {
  //客户端获取服务的请求
  case SVC_MGR_GET_SERVICE:
  case SVC_MGR_CHECK_SERVICE:
    s = bio_get_string16(msg, &len);
    ptr = do_find_service(bs, s, len, txn->sender_euid);
    if (!ptr)
      break;
    bio_put_ref(reply, ptr);
    return 0;
  //服务端请求添加服务
  case SVC_MGR_ADD_SERVICE:
    s = bio_get_string16(msg, &len);
    ptr = bio_get_ref(msg);
    allow_isolated = bio_get_uint32(msg) ? 1 : 0;
    if (do_add_service(bs, s, len, ptr, txn->sender_euid, allow_isolated))
      return -1;
    break;
...
  }

  bio_put_uint32(reply, 0);
  return 0;
}
svclist链表
service_manager.c中声明了一个链表svclist

struct svcinfo *svclist = 0;
svclist记录着所有添加进系统的“service代理”信息，这些信息被组织成一条单向链表。svclist链表节点类型为svcinfo，如下： 

struct svcinfo 
{
  struct svcinfo *next;
  void *ptr;//记录的就是系统service对应的 binder句柄值
  struct binder_death death;
  int allow_isolated;
  unsigned len;
  uint16_t name[0];//系统服务的名称
};
当应用调用getService()获取系统服务的代理接口时，servicemanager就会搜索这张svclist链表，下面就要介绍。

do_add_service函数
这个函数源码位置在frameworks/base/cmds/servicemanager/service_manager.c 

int do_add_service(struct binder_state *bs,
          uint16_t *s, unsigned len,
          void *ptr, unsigned uid, int allow_isolated)
{
    struct svcinfo *si;
    //ALOGI("add_service('%s',%p,%s) uid=%d\n", str8(s), ptr,
    //       allow_isolated ? "allow_isolated" : "!allow_isolated", uid);
 
    if (!ptr || (len == 0) || (len > 127))
     return -1;
    //查看该服务是否有注册权限
    if (!svc_can_register(uid, s)) {
     ALOGE("add_service('%s',%p) uid=%d - PERMISSION DENIED\n",
       str8(s), ptr, uid);
     return -1;
    }
    //在服务列表中查找服务
    si = find_svc(s, len);
    //查看该服务是否已经注册
    if (si) {
     if (si->ptr) {
      ALOGE("add_service('%s',%p) uid=%d - ALREADY REGISTERED, OVERRIDE\n",
        str8(s), ptr, uid);
      svcinfo_death(bs, si);
     }
     si->ptr = ptr;
    } else {
    //如果没有注册，则创建一个，并添加到svclist服务列表的表首。
     si = malloc(sizeof(*si) + (len + 1) * sizeof(uint16_t));
     if (!si) {
      ALOGE("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->allow_isolated = allow_isolated;
     si->next = svclist;
     svclist = si;
    }
 
    //通知binder设备有一个service注册进来。
    binder_acquire(bs, ptr);
    binder_link_to_death(bs, ptr, &si->death);
    return 0;
}
do_find_service函数
这个函数源码位置在frameworks/base/cmds/servicemanager/service_manager.c 

void *do_find_service(struct binder_state *bs, uint16_t *s, unsigned len, unsigned uid)
{
  struct svcinfo *si;
  //上一个函数也调用了这个函数
  si = find_svc(s, len);
 
//    ALOGI("check_service('%s') ptr = %p\n", str8(s), si ? si->ptr : 0);
  if (si && si->ptr) {
    if (!si->allow_isolated) {
      // If this service doesn't allow access from isolated processes,
      // then check the uid to see if it is isolated.
      unsigned appid = uid % AID_USER;
      if (appid >= AID_ISOLATED_START && appid <= AID_ISOLATED_END) {
        return 0;
      }
    }
    return si->ptr;
  } else {
    return 0;
  }
find_svc函数
这个函数源码位置在frameworks/base/cmds/servicemanager/service_manager.c 

struct svcinfo *find_svc(uint16_t *s16, unsigned len)
{
  struct svcinfo *si;
  //遍历svclist，查找服务
  for (si = svclist; si; si = si->next) {
    if ((len == si->len) &&
      !memcmp(s16, si->name, len * sizeof(uint16_t))) {
      return si;
    }
  }
  return 0;
}
总结
      一，android系统的service相对重要的几个比如：uevent，healthd，zygote等都是由init直接启动的，后续一些常规的service都是在zygote fork完systemserver进程后，逐一通过servicemanager添加的。
   二，守护进程servicemanager循环从binder设备文件读取数据，然后解析并响应请求，包括服务端的添加服务请求和客户端的查询，获取服务的请求。