Android进阶——Android跨进程通讯机制之Binder、IBinder、Parcel、AIDL

前言

Binder机制是Android系统提供的跨进程通讯机制，这篇文章开始会从Linux相关的基础概念知识开始介绍，从基础概念知识中引出Binder机制，归纳Binder机制与Linux系统的跨进程机制的优缺点，接着分析Binder的通信模型和原理，而Binder机制最佳体现就是AIDL，所以在后面会分析AIDL的实现原理，最后简单的提下AMS的Binder体系，整篇文章中间会穿插有IBinder、Binder、Parcel的介绍，整篇文章阅读难度不大，不会涉及到framework层的Binder原理，AIDL部分需要有AIDL的使用基础

基础概念

基础概念部分介绍Linux的某些机制，主要想表达Binder驱动的出现的原因，如果对Linux熟悉的可以直接跳过这部分，看第五点即可

一、进程隔离

出于安全考虑，一个进程不能操作另一个进程的数据，进而一个操作系统必须具备进程隔离这个特性。在Linux系统中，虚拟内存机制为每个进程分配了线性连续的内存空间，操作系统将这种虚拟内存空间映射到物理内存空间，每个进程有自己的虚拟内存空间，进而不能操作其他进程的内存空间，每个进程只能操作自己的虚拟内存空间，只有操作系统才有权限操作物理内存空间。

进程隔离保证了每个进程的内存安全，但是在大多数情形下，不同进程间的数据通讯是不可避免的，因此操作系统必须提供跨进程通信机制

二、用户空间和内核空间

用户空间：表示进程运行在一个特定的操作模式中，没有接触物理内存或设备的权限
内核空间：表示独立于普通的应用程序，可以访问受保护的内存空间，也有访问底层硬件设备的所有权限

三、系统调用/内核态/用户态

抽象来看，操作系统中安全边界的概念就像环路的概念一样(前提是系统支持这种特性)，一个环上持有一个特定的权限组，Intel 支持四层环，但是 Linux 只使用了其中的两环(0号环持有全部权限，3号环持有最少权限，1号和2号环未使用)，系统进程运行在1号环，用户进程运行在３号环，如果一个用户进程需要其他高级权限，其必须从３号环过渡成０号环，过渡需要通过一个安全参数检查的网关，这种过渡被称为系统调用，在执行过程中会产生一定数量的计算开销。所以，用户空间要访问内核空间的唯一方式就是系统调用(System Call)

四、内核模块/驱动

通过系统调用，用户空间可以访问内核空间，它是怎么做到访问内核空间的呢？Linux的动态可加载内核模块机制解决了这个问题，模块是具有独立功能的程序，它可以被单独编译，但不能独立运行。这样，Android系统可以通过添加一个内核模块运行在内核空间，用户进程之间的通过这个模块作为桥梁，就可以完成通信了。在Android系统中，这个运行在内核空间的，负责各个用户进程通过Binder通信的内核模块叫做Binder驱动

五、简单的总结

将前面的所有概念连接起来理解就会非常好消化知识点：

1.Linux的虚拟内存机制导致内存的隔离，进而导致进程隔离
2.进程隔离的出现导致对内存的操作被划分为用户空间和内核空间
3.用户空间需要跨权限去访问内核空间，必须使用系统调用去实现
4.系统调用需要借助内核模块/驱动去完成

前三步决定了进程间通讯需要借助内核模块/驱动去实现，而Binder驱动就是内核模块/驱动中用来实现进程间通讯的

为什么要用Binder

Linux提供有管道、消息队列、信号量、内存共享、套接字等跨进程方式，那为什么Android要选择Binder另起炉灶呢？

一、传输性能好

• Socket：是一个通用接口，导致其传输效率低，开销大
• 共享内存：虽然在传输时不需要拷贝数据，但其控制机制复杂
• Binder：复杂数据类型传递可以复用内存，需要拷贝1次数据
• 管道和消息队列：采用存储转发方式，至少需要拷贝2次数据，效率低

二、安全性高

• 传统的进程：通信方式对于通信双方的身份并没有做出严格的验证，只有在上层协议上进行架设
• Binder机制：从协议本身就支持对通信双方做身份校检，因而大大提升了安全* 性

Binder通信模型

首先在理解模型之前先熟悉这几个概念：

• Client进程：跨进程通讯的客户端（运行在某个进程）
• Server进程：跨进程通讯的服务端（运行在某个进程）
  Binder驱动：跨进程通讯的介质
• ServiceManager：跨进程通讯中提供服务的注册和查询（运行在System进程）

这里只是个简单的模型而已，只需理解模型的通讯流程：

1.Server端通过Binder驱动在ServiceManager中注册
2.Client端通过Binder驱动获取ServiceManager中注册的Server端
3.Client端通过Binder驱动和Server端进行通讯

Binder通信原理