移步系列Android跨进程通信IPC系列
1 源码信息
framework/native/libs/binder/
- ProcessState.cpp
- BpBinder.cpp
- Binder.cpp
- IServiceManager.cpp
framework/native/include/binder/
- IServiceManager.h
- IInterface.h
- ProcessState.cpp
- BpBinder.cpp
- Binder.cpp
- IServiceManager.cpp
- IServiceManager.h
- IInterface.h
这里重点提醒下framework/native/libs/binder/IServiceManager.cpp和 framework/native/include/binder/IServiceManager.h大家千万不要弄混了。
2 获取Service Manager简述
- 获取Service Manager是通过defaultServiceManager()方法来完成的。当进程 注册服务 与 获取服务之前，都需要调用defaultServiceManager()方法来获取gDefaultServiceManager对象。
- 对于gDefaultServiceManager对象，如果存在直接返回。如果不存在直接创建该对象，创建过程包括调用open()打开binder驱动设备，利用mmap()映射内核的地址空间。
3 流程图
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4 获取defaultServiceManager
//frameworks/native/libs/binder/IServiceManager.cpp 33行
sp defaultServiceManager()
{
if (gDefaultServiceManager != NULL) return gDefaultServiceManager;
{
//加锁
AutoMutex _l(gDefaultServiceManagerLock);
while (gDefaultServiceManager == NULL) {
gDefaultServiceManager = interface_cast(
//这里才是关键和重点
ProcessState::self()->getContextObject(NULL));
if (gDefaultServiceManager == NULL)
sleep(1);
}
}
return gDefaultServiceManager;
}
- 获取ServiceManager 对象采用单例模式，当gDefaultServiceManager存在，则直接返回，否则创建一个新对象。
- 这里的创建单利模式和咱们之前的java里面的单例不一样。它里面多了一层while循环，这是谷歌在2013年1月Todd Poynor提交的修改。因为当第一次尝试创建获取ServiceManager时，ServiceManager可能还未准备就绪，所以通过sleep1秒，实现延迟1秒，然后尝试去获取直到成功。
gDefualtServiceManager的创建过程又可以分解为3个步骤
- ProcessState：：self() ：用于获取ProcessState对象(也是单例模式)，每个进程有且只有一个ProcessState对象，存在则直接返回，不存在则创建。
- getContextObject()： 用于获取BpBinder对象，对于hanle=0的BpBinder对象，存在则直接返回，不存在则创建。
- interface_cast
()：用于获取BpServiceManager对象。
5 获取ProcessState对象
5.1 ProcessState::self
//frameworks/native/libs/binder/ProcessState.cpp 70行
// 这又是一个进程单体
sp ProcessState::self()
{
Mutex::Autolock _l(gProcessMutex);
if (gProcess != NULL) {
return gProcess;
}
//实例化 ProcessState，首次创建
gProcess = new ProcessState;
return gProcess;
}
获取ProcessState对象：这也是一个单利模式，从而保证每一个进程只有一个ProcessState对象，其中gProccess和gProccessMutex是保持在Static.cpp的类全局变量。
5.2 ProccessState的构造函数
//frameworks/native/libs/binder/ProcessState.cpp 339行
ProcessState::ProcessState()
//这里打开了打开了Binder驱动，也就是/dev/binder文件，返回文件描述符
: mDriverFD(open_driver())
, mVMStart(MAP_FAILED)
, mThreadCountLock(PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER)
, mThreadCountDecrement(PTHREAD_COND_INITIALIZER)
, mExecutingThreadsCount(0)
, mMaxThreads(DEFAULT_MAX_BINDER_THREADS)
, mManagesContexts(false)
, mBinderContextCheckFunc(NULL)
, mBinderContextUserData(NULL)
, mThreadPoolStarted(false)
, mThreadPoolSeq(1)
{
if (mDriverFD >= 0) {
//采用内存映射函数mmap，给binder分配一块虚拟地址空间，涌来了接收事物
mVMStart = mmap(0, BINDER_VM_SIZE, PROT_READ, MAP_PRIVATE | MAP_NORESERVE, mDriverFD, 0);
if (mVMStart == MAP_FAILED) {
//没有足够空间分配给/dev/binder，则关闭驱动。
close(mDriverFD);
mDriverFD = -1;
}
}
}
通过上面的构造函数我们知道
- ProcessState的单利模式的唯一性，因此一个进程只打开binder设备一次，其中ProcessState的成员变量mDriverFD记录binder驱动的fd，用于访问binder设备。
- BINDER_VM_SIZE=(110241024- (40962))，所以binder分配的默认内存大小是10241016也就是1M-8K(1M减去8k)
- DEFAULT_MAX_BINDER_THREAD=15，binder默认的最大可并发的线程数为16。
5.3 open_driver()方法
//frameworks/native/libs/binder/ProcessState.cpp 311行
static int open_driver()
{
// 打开/dev/binder设备，建立与内核的Binder驱动的交互通道
int fd = open("/dev/binder", O_RDWR);
if (fd >= 0) {
fcntl(fd, F_SETFD, FD_CLOEXEC);
int vers = 0;
status_t result = ioctl(fd, BINDER_VERSION, &vers);
if (result == -1) {
close(fd);
fd = -1;
}
if (result != 0 || vers != BINDER_CURRENT_PROTOCOL_VERSION) {
close(fd);
fd = -1;
}
size_t maxThreads = DEFAULT_MAX_BINDER_THREADS;
// 通过ioctl设置binder驱动，能支持的最大线程数
result = ioctl(fd, BINDER_SET_MAX_THREADS, &maxThreads);
if (result == -1) {
ALOGE("Binder ioctl to set max threads failed: %s", strerror(errno));
}
} else {
ALOGW("Opening '/dev/binder' failed: %s\n", strerror(errno));
}
return fd;
}
open_driver的作用就是打开/dev/binder设备，设定binder支持的最大线程数。
6 获取BpBiner对象
6.1 getContextObject()方法
//frameworks/native/libs/binder/ProcessState.cpp 85行
sp ProcessState::getContextObject(const sp& /*caller*/)
{
return getStrongProxyForHandle(0);
}
我们发现这里面什么都没做，就是调用getStrongProxyForHandle()方法，大家注意它的入参写死为0，然后我们继续深入
6.2 getStrongProxyForHandle()方法
//frameworks/native/libs/binder/ProcessState.cpp 179行
sp ProcessState::getStrongProxyForHandle(int32_t handle)
{
sp result;
AutoMutex _l(mLock);
//查找handle对应的资源项
handle_entry* e = lookupHandleLocked(handle);
if (e != NULL) {
IBinder* b = e->binder;
if (b == NULL || !e->refs->attemptIncWeak(this)) {
if (handle == 0) {
Parcel data;
//通过ping操作测试binder是否已经准备就绪
status_t status = IPCThreadState::self()->transact(
0, IBinder::PING_TRANSACTION, data, NULL, 0);
if (status == DEAD_OBJECT)
return NULL;
}
//当handle值所对应的IBinder不存在或弱引用无效时，则创建BpBinder对象
b = new BpBinder(handle);
e->binder = b;
if (b) e->refs = b->getWeakRefs();
result = b;
} else {
result.force_set(b);
e->refs->decWeak(this);
}
}
return result;
}
当handle值所对应的IBinder不存在或弱引用无效时会创建BpBinder，否则直接获取。针对hande==0的特殊情况，通过PING_TRANSACTION来判断是否准备就绪。如果在context manager还未生效前，一个BpBinder的本地引用就已经被创建，那么驱动将无法提供context manager的引用。
在getStrongProxyForHandle()方法里面先后调用了lookupHandleLocked()方法和创建BpBinder对象
6.3 lookupHandleLocked()方法
//frameworks/native/libs/binder/ProcessState.cpp 166行
ProcessState::handle_entry* ProcessState::lookupHandleLocked(int32_t handle)
{
const size_t N=mHandleToObject.size();
//当handle大于mHandleToObject的长度时，进入该分支
if (N <= (size_t)handle) {
handle_entry e;
e.binder = NULL;
e.refs = NULL;
//从mHandleToObject的第N个位置开始，插入(handle+1-N)个e到队列中
status_t err = mHandleToObject.insertAt(e, N, handle+1-N);
if (err < NO_ERROR) return NULL;
}
return &mHandleToObject.editItemAt(handle);
}
- 根据handle值来查找对应的handle_entry,handle_entry是一个结构体，里面记录了IBinder和weakref_type两个指针。
- 当handle大于mHandleToObject的Vector长度时，则向Vector中添加(handle+1-N)个handle_entry结构体，然后再返回handle向对应位置的handle_entry结构体指针。
6.4 创建BpBinder
//frameworks/native/libs/binder/BpBinder.cpp 89行
BpBinder::BpBinder(int32_t handle)
: mHandle(handle)
, mAlive(1)
, mObitsSent(0)
, mObituaries(NULL)
{
//延长对象的生命时间
extendObjectLifetime(OBJECT_LIFETIME_WEAK);
// handle所对应的bindle弱引用+1
IPCThreadState::self()->incWeakHandle(handle);
}
创建BpBinder对象中将handle相对应的弱引用+1
7 获取BpServiceManager对象
7.1 interface_cast()函数
//frameworks/native/include/binder/IInterface.h 42行
template
inline sp interface_cast(const sp& obj)
{
return INTERFACE::asInterface(obj);
}
这是一个模板函数，可得出，interface_cast
7.2 IServiceManager::asInterface()函数
对于asInterface()函数，通过搜索代码，你会发现根本找不到这个方法是在哪里定义这个函数的，其实是通过模板函数来定义的，通过下面两个代码完成的
// 位于IServiceManager.h 33行
DECLARE_META_INTERFACE(ServiceManager)
//位于IServiceManager.cpp 108行
IMPLEMENT_META_INTERFACE(ServiceManager,"android.os.IServiceManager")
那我们就来重点说下这两块代码的功能
7.3 DECLARE_META_INTERFACE
//framework/native/include/binder/IInterface.h 74行
#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();
位于IServiceManager.h文件中,INTERFACE=ServiceManager展开即可得：
static const android::String16 descriptor;
static android::sp< IServiceManager > asInterface(const android::sp& obj)
virtual const android::String16& getInterfaceDescriptor() const;
IServiceManager ();
virtual ~IServiceManager();
该过程主要是声明asInterface()、getInterfaceDescriptor()方法。
7.4 IMPLEMENT_META_INTERFACE
//framework/native/include/binder/IInterface.h 83行
#define IMPLEMENT_META_INTERFACE(INTERFACE, NAME) \
const android::String16 I##INTERFACE::descriptor(NAME); \
const android::String16& \
I##INTERFACE::getInterfaceDescriptor() const { \
return I##INTERFACE::descriptor; \
} \
android::sp I##INTERFACE::asInterface( \
const android::sp& obj) \
{ \
android::sp intr; \
if (obj != NULL) { \
intr = static_cast( \
obj->queryLocalInterface( \
I##INTERFACE::descriptor).get()); \
if (intr == NULL) { \
intr = new Bp##INTERFACE(obj); \
} \
} \
return intr; \
} \
I##INTERFACE::I##INTERFACE() { } \
I##INTERFACE::~I##INTERFACE() { }
位于IServiceManager.cpp文件中，INTERFACE=ServiceManager，NAME="android.os.IServiceManager" 开展即可得：
const
android::String16
IServiceManager::descriptor(“android.os.IServiceManager”);
const android::String16& IServiceManager::getInterfaceDescriptor() const
{
return IServiceManager::descriptor;
}
android::sp IServiceManager::asInterface(const android::sp& obj)
{
android::sp intr;
if(obj != NULL) {
intr = static_cast(
obj->queryLocalInterface(IServiceManager::descriptor).get());
if (intr == NULL) {
intr = new BpServiceManager(obj); //【见小节4.5】
}
}
return intr;
}
IServiceManager::IServiceManager () { }
IServiceManager::~ IServiceManager() { }
不难发现，上面说的IServiceManager::asInterface() 等价于new BpServiceManager()。在这里，更确切地说应该是new BpServiceManager(BpBinder)。
7.4.1 BpServiceManager实例化
//frameworks/native/libs/binder/IServiceManager.cpp 126行
class BpServiceManager : public BpInterface
{
public:
BpServiceManager(const sp& impl)
: BpInterface(impl)
{
}
virtual sp getService(const String16& name) const
{
unsigned n;
for (n = 0; n < 5; n++){
sp svc = checkService(name);
if (svc != NULL) return svc;
ALOGI("Waiting for service %s...\n", String8(name).string());
sleep(1);
}
return NULL;
}
virtual sp checkService( const String16& name) const
{
Parcel data, reply;
data.writeInterfaceToken(IServiceManager::getInterfaceDescriptor());
data.writeString16(name);
remote()->transact(CHECK_SERVICE_TRANSACTION, data, &reply);
return reply.readStrongBinder();
}
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;
}
virtual Vector listServices()
{
Vector res;
int n = 0;
for (;;) {
Parcel data, reply;
data.writeInterfaceToken(IServiceManager::getInterfaceDescriptor());
data.writeInt32(n++);
status_t err = remote()->transact(LIST_SERVICES_TRANSACTION, data, &reply);
if (err != NO_ERROR)
break;
res.add(reply.readString16());
}
return res;
}
};
创建BpServiceManager对象的过程，会先初始化父类对象：
7.4.2 BpServiceManager实例化
//frameworks/native/include/binder/IInterface.h 135行
template
class BpInterface : public INTERFACE, public BpRefBase
{
public: BpInterface(const sp& remote);
protected: virtual IBinder* onAsBinder();
};
7.4.3 BpRefBase初始化
BpRefBase::BpRefBase(const sp& o)
: mRemote(o.get()), mRefs(NULL), mState(0)
{
extendObjectLifetime(OBJECT_LIFETIME_WEAK);
if (mRemote) {
mRemote->incStrong(this);
mRefs = mRemote->createWeak(this);
}
}
new BpServiceManager()，在初始化过程中，比较重要的类BpRefBase的mRemote指向new BpBinder(0)，从而BpServiceManager能够利用Binder进行通信。
8 模板函数
C层的Binder架构，通过下面的两个宏，非常方便地创建了new Bp##INTERFACE(obj)
代码如下：
// 用于申明asInterface()，getInterfaceDescriptor()
#define DECLARE_META_INTERFACE(INTERFACE)
// 用于实现上述两个方法
#define IMPLEMENT_META_INTERFACE(INTERFACE, NAME)
例如:
// 实现BpServiceManager对象
IMPLEMENT_META_INTERFACE(ServiceManager,"android.os.IServiceManager")
等价于:
const android::String16 IServiceManager::descriptor(“android.os.IServiceManager”);
const android::String16& IServiceManager::getInterfaceDescriptor() const
{
return IServiceManager::descriptor;
}
android::sp IServiceManager::asInterface(const android::sp& obj)
{
android::sp intr;
if(obj != NULL) {
intr = static_cast(
obj->queryLocalInterface(IServiceManager::descriptor).get());
if (intr == NULL) {
intr = new BpServiceManager(obj);
}
}
return intr;
}
IServiceManager::IServiceManager () { }
IServiceManager::~ IServiceManager() { }
9 总结
- defaultServiceManager 等价于new BpServiceManager(new BpBinder(0));
- ProcessState:: self() 主要工作：
- 调用open，打/dev/binder驱动设备
- 调用mmap(),创建大小为 1016K的内存地址空间
- 设定当前进程最大的并发Binder线程个数为16
- BpServiceManager巧妙将通信层与业务层逻辑合为一体，通过继承接口IServiceManager实现接口中的业务逻辑函数;通过成员变量mRemote=new BpBinder(0) 进行Binder通信工作。BpBinder通过handle来指向所对应的BBinder，在整个Binder系统总handle=0代表ServiceManager所对应的BBinder。
参考
Android跨进程通信IPC之9——Binder之Framework层C++篇1