Android系统进程间通信（IPC）机制Binder中的Client获得Server远程接口过程源代码分析(3)

  注意，这里的status参数为0。从这里可以看出，binder_send_reply告诉Binder驱动程序执行BC_FREE_BUFFER和BC_REPLY命令，前者释放之前在binder_transaction分配的空间，地址为buffer_to_free，buffer_to_free这个地址是Binder驱动程序把自己在内核空间用的地址转换成用户空间地址再传给Service Manager的，所以Binder驱动程序拿到这个地址后，知道怎么样释放这个空间；后者告诉Binder驱动程序，它的SVC_MGR_CHECK_SERVICE操作已经完成了,要查询的服务的句柄值也是保存在data.txn.data，操作结果码是0，也是保存在data.txn.data中。
        再来看binder_write函数：

 

int binder_write(struct binder_state *bs, void *data, unsigned len)
{
    struct binder_write_read bwr;
    int res;
    bwr.write_size = len;
    bwr.write_consumed = 0;
    bwr.write_buffer = (unsigned) data;
    bwr.read_size = 0;
    bwr.read_consumed = 0;
    bwr.read_buffer = 0;
    res = ioctl(bs->fd, BINDER_WRITE_READ, &bwr);
    if (res < 0) {
        fprintf(stderr,"binder_write: ioctl failed (%s)\n",
                strerror(errno));
    }
    return res;
}

    这里可以看出，只有写操作，没有读操作，即read_size为0。
        这里又是一个ioctl的BINDER_WRITE_READ操作。直入到驱动程序的binder_ioctl函数后，执行BINDER_WRITE_READ命令，这里就不累述了。
        最后，从binder_ioctl执行到binder_thread_write函数，首先是执行BC_FREE_BUFFER命令，这个命令的执行在前面一篇文章Android系统进程间通信（IPC）机制Binder中的Server启动过程源代码分析已经介绍过了，这里就不再累述了。

        我们重点关注BC_REPLY命令的执行：

 

int
binder_thread_write(struct binder_proc *proc, struct binder_thread *thread,
                    void __user *buffer, int size, signed long *consumed)
{
    uint32_t cmd;
    void __user *ptr = buffer + *consumed;
    void __user *end = buffer + size;

    while (ptr < end && thread->return_error == BR_OK) {
        if (get_user(cmd, (uint32_t __user *)ptr))
            return -EFAULT;
        ptr += sizeof(uint32_t);
        if (_IOC_NR(cmd) < ARRAY_SIZE(binder_stats.bc)) {
            binder_stats.bc[_IOC_NR(cmd)]++;
            proc->stats.bc[_IOC_NR(cmd)]++;
            thread->stats.bc[_IOC_NR(cmd)]++;
        }
        switch (cmd) {
        ......
        case BC_TRANSACTION:
        case BC_REPLY: {
            struct binder_transaction_data tr;

            if (copy_from_user(&tr, ptr, sizeof(tr)))
                return -EFAULT;
            ptr += sizeof(tr);
            binder_transaction(proc, thread, &tr, cmd == BC_REPLY);
            break;
                       }

        ......
        *consumed = ptr - buffer;
    }
    return 0;
}

   又再次进入到binder_transaction函数：

 

static void
binder_transaction(struct binder_proc *proc, struct binder_thread *thread,
struct binder_transaction_data *tr, int reply)
{
    struct binder_transaction *t;
    struct binder_work *tcomplete;
    size_t *offp, *off_end;
    struct binder_proc *target_proc;
    struct binder_thread *target_thread = NULL;
    struct binder_node *target_node = NULL;
    struct list_head *target_list;
    wait_queue_head_t *target_wait;
    struct binder_transaction *in_reply_to = NULL;
    struct binder_transaction_log_entry *e;
    uint32_t return_error;

    ......

    if (reply) {
        in_reply_to = thread->transaction_stack;
        if (in_reply_to == NULL) {
            ......
            return_error = BR_FAILED_REPLY;
            goto err_empty_call_stack;
        }
        ......
        thread->transaction_stack = in_reply_to->to_parent;
        target_thread = in_reply_to->from;
        ......
        target_proc = target_thread->proc;
    } else {
        ......
    }
    if (target_thread) {
        e->to_thread = target_thread->pid;
        target_list = &target_thread->todo;
        target_wait = &target_thread->wait;
    } else {
        ......
    }


    /* TODO: reuse incoming transaction for reply */
    t = kzalloc(sizeof(*t), GFP_KERNEL);
    if (t == NULL) {
        return_error = BR_FAILED_REPLY;
        goto err_alloc_t_failed;
    }
    binder_stats.obj_created[BINDER_STAT_TRANSACTION]++;

    tcomplete = kzalloc(sizeof(*tcomplete), GFP_KERNEL);
    if (tcomplete == NULL) {
        return_error = BR_FAILED_REPLY;
        goto err_alloc_tcomplete_failed;
    }
    ......

    if (!reply && !(tr->flags & TF_ONE_WAY))
        t->from = thread;
    else
        t->from = NULL;
    t->sender_euid = proc->tsk->cred->euid;
    t->to_proc = target_proc;
    t->to_thread = target_thread;
    t->code = tr->code;
    t->flags = tr->flags;
    t->priority = task_nice(current);
    t->buffer = binder_alloc_buf(target_proc, tr->data_size,
        tr->offsets_size, !reply && (t->flags & TF_ONE_WAY));
    if (t->buffer == NULL) {
        return_error = BR_FAILED_REPLY;
        goto err_binder_alloc_buf_failed;
    }
    t->buffer->allow_user_free = 0;
    t->buffer->debug_id = t->debug_id;
    t->buffer->transaction = t;
    t->buffer->target_node = target_node;
    if (target_node)
        binder_inc_node(target_node, 1, 0, NULL);

    offp = (size_t *)(t->buffer->data + ALIGN(tr->data_size, sizeof(void *)));

    if (copy_from_user(t->buffer->data, tr->data.ptr.buffer, tr->data_size)) {
        binder_user_error("binder: %d:%d got transaction with invalid "
            "data ptr\n", proc->pid, thread->pid);
        return_error = BR_FAILED_REPLY;
        goto err_copy_data_failed;
    }
    if (copy_from_user(offp, tr->data.ptr.offsets, tr->offsets_size)) {
        binder_user_error("binder: %d:%d got transaction with invalid "
            "offsets ptr\n", proc->pid, thread->pid);
        return_error = BR_FAILED_REPLY;
        goto err_copy_data_failed;
    }
    ......

    off_end = (void *)offp + tr->offsets_size;
    for (; offp < off_end; offp++) {
        struct flat_binder_object *fp;
        ......
        fp = (struct flat_binder_object *)(t->buffer->data + *offp);
        switch (fp->type) {
        ......
        case BINDER_TYPE_HANDLE:
        case BINDER_TYPE_WEAK_HANDLE: {
            struct binder_ref *ref = binder_get_ref(proc, fp->handle);
            if (ref == NULL) {
                ......
                return_error = BR_FAILED_REPLY;
                goto err_binder_get_ref_failed;
            }
            if (ref->node->proc == target_proc) {
                ......
            } else {
                struct binder_ref *new_ref;
                new_ref = binder_get_ref_for_node(target_proc, ref->node);
                if (new_ref == NULL) {
                    return_error = BR_FAILED_REPLY;
                    goto err_binder_get_ref_for_node_failed;
                }
                fp->handle = new_ref->desc;
                binder_inc_ref(new_ref, fp->type == BINDER_TYPE_HANDLE, NULL);
                ......
            }
        } break;

        ......
        }
    }

    if (reply) {
        BUG_ON(t->buffer->async_transaction != 0);
        binder_pop_transaction(target_thread, in_reply_to);
    } else if (!(t->flags & TF_ONE_WAY)) {
        ......
    } else {
        ......
    }

    t->work.type = BINDER_WORK_TRANSACTION;
    list_add_tail(&t->work.entry, target_list);
    tcomplete->type = BINDER_WORK_TRANSACTION_COMPLETE;
    list_add_tail(&tcomplete->entry, &thread->todo);
    if (target_wait)
        wake_up_interruptible(target_wait);
    return;

    ......
}

   这次进入binder_transaction函数的情形和上面介绍的binder_transaction函数的情形基本一致，只是这里的proc、thread和target_proc、target_thread调换了角色，这里的proc和thread指的是Service Manager进程，而target_proc和target_thread指的是刚才请求SVC_MGR_CHECK_SERVICE的进程。

        那么，这次是如何找到target_proc和target_thread呢。首先，我们注意到，这里的reply等于1，其次，上面我们提到，Binder驱动程序在唤醒Service Manager，告诉它有一个事务t要处理时，事务t虽然从Service Manager的todo队列中删除了，但是仍然保留在transaction_stack中。因此，这里可以从thread->transaction_stack找回这个等待回复的事务t，然后通过它找回target_proc和target_thread：

 

in_reply_to = thread->transaction_stack;
target_thread = in_reply_to->from;
target_list = &target_thread->todo;
target_wait = &target_thread->wait;

   再接着往下看，由于Service Manager返回来了一个Binder引用，所以这里要处理一下，就是中间的for循环了。这是一个BINDER_TYPE_HANDLE类型的Binder引用，这是前面设置的。先把t->buffer->data的内容转换为一个struct flat_binder_object对象fp，这里的fp->handle值就是这个Service在Service Manager进程里面的引用值了。接通过调用binder_get_ref函数得到Binder引用对象struct binder_ref类型的对象ref：

 

struct binder_ref *ref = binder_get_ref(proc, fp->handle);

   这里一定能找到，因为前面MediaPlayerService执行IServiceManager::addService的时候把自己添加到Service Manager的时候，会在Service Manager进程中创建这个Binder引用，然后把这个Binder引用的句柄值返回给Service Manager用户空间。

       这里面的ref->node->proc不等于target_proc，因为这个Binder实体是属于创建MediaPlayerService的进程的，而不是请求这个服务的远程接口的进程的，因此，这里调用binder_get_ref_for_node函数为这个Binder实体在target_proc创建一个引用：

struct binder_ref *new_ref;
new_ref = binder_get_ref_for_node(target_proc, ref->node);

   然后增加引用计数：

 

binder_inc_ref(new_ref, fp->type == BINDER_TYPE_HANDLE, NULL);

  这样，返回数据中的Binder对象就处理完成了。注意，这里会把fp->handle的值改为在target_proc中的引用值：

 

fp->handle = new_ref->desc;

  这里就相当于是把t->buffer->data里面的Binder对象的句柄值改写了。因为这是在另外一个不同的进程里面的Binder引用，所以句柄值当然要用新的了。这个值最终是要拷贝回target_proc进程的用户空间去的。

      再往下看：

if (reply) {
     BUG_ON(t->buffer->async_transaction != 0);
     binder_pop_transaction(target_thread, in_reply_to);
} else if (!(t->flags & TF_ONE_WAY)) {
     ......
} else {
     ......
}

  这里reply等于1，执行binder_pop_transaction函数把当前事务in_reply_to从target_thread->transaction_stack队列中删掉，这是上次调用binder_transaction函数的时候设置的，现在不需要了，所以把它删掉。

       再往后的逻辑就跟前面执行binder_transaction函数时候一样了，这里不再介绍。最后的结果就是唤醒请求SVC_MGR_CHECK_SERVICE操作的线程：

 

if (target_wait)
     wake_up_interruptible(target_wait);

   这样，Service Manger回复调用SVC_MGR_CHECK_SERVICE请求就算完成了，重新回到frameworks/base/cmds/servicemanager/binder.c文件中的binder_loop函数等待下一个Client请求的到来。事实上，Service Manger回到binder_loop函数再次执行ioctl函数时候，又会再次进入到binder_thread_read函数。这时个会发现thread->todo不为空，这是因为刚才我们调用了：

list_add_tail(&tcomplete->entry, &thread->todo);

  把一个工作项tcompelete放在了在thread->todo中，这个tcompelete的type为BINDER_WORK_TRANSACTION_COMPLETE，因此，Binder驱动程序会执行下面操作：

 

switch (w->type) {
case BINDER_WORK_TRANSACTION_COMPLETE: {
    cmd = BR_TRANSACTION_COMPLETE;
    if (put_user(cmd, (uint32_t __user *)ptr))
        return -EFAULT;
    ptr += sizeof(uint32_t);

    list_del(&w->entry);
    kfree(w);

    } break;
    ......
}

     binder_loop函数执行完这个ioctl调用后，才会在下一次调用ioctl进入到Binder驱动程序进入休眠状态，等待下一次Client的请求。
      上面讲到调用请求SVC_MGR_CHECK_SERVICE操作的线程被唤醒了，于是，重新执行binder_thread_read函数：

static int
binder_thread_read(struct binder_proc *proc, struct binder_thread *thread,
                   void  __user *buffer, int size, signed long *consumed, int non_block)
{
    void __user *ptr = buffer + *consumed;
    void __user *end = buffer + size;

    int ret = 0;
    int wait_for_proc_work;

    if (*consumed == 0) {
        if (put_user(BR_NOOP, (uint32_t __user *)ptr))
            return -EFAULT;
        ptr += sizeof(uint32_t);
    }

retry:
    wait_for_proc_work = thread->transaction_stack == NULL && list_empty(&thread->todo);

    ......

    if (wait_for_proc_work) {
        ......
    } else {
        if (non_block) {
            if (!binder_has_thread_work(thread))
                ret = -EAGAIN;
        } else
            ret = wait_event_interruptible(thread->wait, binder_has_thread_work(thread));
    }

    ......

    while (1) {
        uint32_t cmd;
        struct binder_transaction_data tr;
        struct binder_work *w;
        struct binder_transaction *t = NULL;

        if (!list_empty(&thread->todo))
            w = list_first_entry(&thread->todo, struct binder_work, entry);
        else if (!list_empty(&proc->todo) && wait_for_proc_work)
            w = list_first_entry(&proc->todo, struct binder_work, entry);
        else {
            if (ptr - buffer == 4 && !(thread->looper & BINDER_LOOPER_STATE_NEED_RETURN)) /* no data added */
                goto retry;
            break;
        }

        ......

        switch (w->type) {
        case BINDER_WORK_TRANSACTION: {
            t = container_of(w, struct binder_transaction, work);
                                      } break;
        ......
        }

        if (!t)
            continue;

        BUG_ON(t->buffer == NULL);
        if (t->buffer->target_node) {
            ......
        } else {
            tr.target.ptr = NULL;
            tr.cookie = NULL;
            cmd = BR_REPLY;
        }
        tr.code = t->code;
        tr.flags = t->flags;
        tr.sender_euid = t->sender_euid;

        if (t->from) {
            ......
        } else {
            tr.sender_pid = 0;
        }

        tr.data_size = t->buffer->data_size;
        tr.offsets_size = t->buffer->offsets_size;
        tr.data.ptr.buffer = (void *)t->buffer->data + proc->user_buffer_offset;
        tr.data.ptr.offsets = tr.data.ptr.buffer + ALIGN(t->buffer->data_size, sizeof(void *));

        if (put_user(cmd, (uint32_t __user *)ptr))
            return -EFAULT;
        ptr += sizeof(uint32_t);
        if (copy_to_user(ptr, &tr, sizeof(tr)))
            return -EFAULT;
        ptr += sizeof(tr);

        ......

        list_del(&t->work.entry);
        t->buffer->allow_user_free = 1;
        if (cmd == BR_TRANSACTION && !(t->flags & TF_ONE_WAY)) {
            ......
        } else {
            t->buffer->transaction = NULL;
            kfree(t);
            binder_stats.obj_deleted[BINDER_STAT_TRANSACTION]++;
        }
        break;
    }

done:
    ......
    return 0;
}

  就是从下面这个调用：

 

ret = wait_event_interruptible(thread->wait, binder_has_thread_work(thread));

    被唤醒过来了。在while循环中，从thread->todo得到w，w->type为BINDER_WORK_TRANSACTION，于是，得到t。从上面可以知道，Service Manager返回来了一个Binder引用和一个结果码0回来，写在t->buffer->data里面，现在把t->buffer->data加上proc->user_buffer_offset，得到用户空间地址，保存在tr.data.ptr.buffer里面，这样用户空间就可以访问这个数据了。由于cmd不等于BR_TRANSACTION，这时就可以把t删除掉了，因为以后都不需要用了。
       执行完这个函数后，就返回到binder_ioctl函数，执行下面语句，把数据返回给用户空间：

 

if (copy_to_user(ubuf, &bwr, sizeof(bwr))) {
    ret = -EFAULT;
    goto err;
}

接着返回到用户空间IPCThreadState::talkWithDriver函数，最后返回到IPCThreadState::waitForResponse函数，最终执行到下面语句：

 

status_t IPCThreadState::waitForResponse(Parcel *reply, status_t *acquireResult)
{
    int32_t cmd;
    int32_t err;

    while (1) {
        if ((err=talkWithDriver()) < NO_ERROR) break;

        ......

        cmd = mIn.readInt32();

        ......

        switch (cmd) {
        ......
        case BR_REPLY:
            {
                binder_transaction_data tr;
                err = mIn.read(&tr, sizeof(tr));
                LOG_ASSERT(err == NO_ERROR, "Not enough command data for brREPLY");
                if (err != NO_ERROR) goto finish;

                if (reply) {
                    if ((tr.flags & TF_STATUS_CODE) == 0) {
                        reply->ipcSetDataReference(
                            reinterpret_cast<const uint8_t*>(tr.data.ptr.buffer),
                            tr.data_size,
                            reinterpret_cast<const size_t*>(tr.data.ptr.offsets),
                            tr.offsets_size/sizeof(size_t),
                            freeBuffer, this);
                    } else {
                        ......
                    }
                } else {
                    ......
                }
            }
            goto finish;

        ......
        }
    }

finish:
    ......
    return err;
}

     注意，这里的tr.flags等于0，这个是在上面的binder_send_reply函数里设置的。接着就把结果保存在reply了：

 

reply->ipcSetDataReference(
       reinterpret_cast<const uint8_t*>(tr.data.ptr.buffer),
       tr.data_size,
       reinterpret_cast<const size_t*>(tr.data.ptr.offsets),
       tr.offsets_size/sizeof(size_t),
       freeBuffer, this);

  我们简单看一下Parcel::ipcSetDataReference函数的实现：

 

void Parcel::ipcSetDataReference(const uint8_t* data, size_t dataSize,
    const size_t* objects, size_t objectsCount, release_func relFunc, void* relCookie)
{
    freeDataNoInit();
    mError = NO_ERROR;
    mData = const_cast<uint8_t*>(data);
    mDataSize = mDataCapacity = dataSize;
    //LOGI("setDataReference Setting data size of %p to %lu (pid=%d)\n", this, mDataSize, getpid());
    mDataPos = 0;
    LOGV("setDataReference Setting data pos of %p to %d\n", this, mDataPos);
    mObjects = const_cast<size_t*>(objects);
    mObjectsSize = mObjectsCapacity = objectsCount;
    mNextObjectHint = 0;
    mOwner = relFunc;
    mOwnerCookie = relCookie;
    scanForFds();
}

  上面提到，返回来的数据中有一个Binder引用，因此，这里的mObjectSize等于1，这个Binder引用对应的位置记录在mObjects成员变量中。

        从这里层层返回，最后回到BpServiceManager::checkService函数中：

 

virtual sp<IBinder> BpServiceManager::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();
}

     这里就是从：

 

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

返回来了。我们接着看一下reply.readStrongBinder函数的实现：

 

sp<IBinder> Parcel::readStrongBinder() const
{
    sp<IBinder> val;
    unflatten_binder(ProcessState::self(), *this, &val);
    return val;
}

    这里调用了unflatten_binder函数来构造一个Binder对象：

 

status_t unflatten_binder(const sp<ProcessState>& proc,
    const Parcel& in, sp<IBinder>* out)
{
    const flat_binder_object* flat = in.readObject(false);

    if (flat) {
        switch (flat->type) {
            case BINDER_TYPE_BINDER:
                *out = static_cast<IBinder*>(flat->cookie);
                return finish_unflatten_binder(NULL, *flat, in);
            case BINDER_TYPE_HANDLE:
                *out = proc->getStrongProxyForHandle(flat->handle);
                return finish_unflatten_binder(
                    static_cast<BpBinder*>(out->get()), *flat, in);
        }
    }
    return BAD_TYPE;
}

    这里的flat->type是BINDER_TYPE_HANDLE，因此调用ProcessState::getStrongProxyForHandle函数：

 

sp<IBinder> ProcessState::getStrongProxyForHandle(int32_t handle)
{
    sp<IBinder> result;

    AutoMutex _l(mLock);

    handle_entry* e = lookupHandleLocked(handle);

    if (e != NULL) {
        // We need to create a new BpBinder if there isn't currently one, OR we
        // are unable to acquire a weak reference on this current one.  See comment
        // in getWeakProxyForHandle() for more info about this.
        IBinder* b = e->binder;
        if (b == NULL || !e->refs->attemptIncWeak(this)) {
            b = new BpBinder(handle);
            e->binder = b;
            if (b) e->refs = b->getWeakRefs();
            result = b;
        } else {
            // This little bit of nastyness is to allow us to add a primary
            // reference to the remote proxy when this team doesn't have one
            // but another team is sending the handle to us.
            result.force_set(b);
            e->refs->decWeak(this);
        }
    }

    return result;
}

      这里我们可以看到，ProcessState会把使用过的Binder远程接口（BpBinder）缓存起来，这样下次从Service Manager那里请求得到相同的句柄（Handle）时就可以直接返回这个Binder远程接口了，不用再创建一个出来。这里是第一次使用，因此，e->binder为空，于是创建了一个BpBinder对象：

b = new BpBinder(handle);
e->binder = b;
if (b) e->refs = b->getWeakRefs();
result = b;

   最后，函数返回到IMediaDeathNotifier::getMediaPlayerService这里，从这个语句返回：

 

binder = sm->getService(String16("media.player"));

    这里，就相当于是：

binder = new BpBinder(handle);

     最后，函数调用：

 

sMediaPlayerService = interface_cast<IMediaPlayerService>(binder);

    到了这里，我们可以参考一下前面一篇文章浅谈Android系统进程间通信（IPC）机制Binder中的Server和Client获得Service Manager，就会知道，这里的interface_cast实际上最终调用了IMediaPlayerService::asInterface函数：

 

android::sp<IMediaPlayerService> IMediaPlayerService::asInterface(const android::sp<android::IBinder>& obj)
{
    android::sp<IServiceManager> intr;
    if (obj != NULL) {
        intr = static_cast<IMediaPlayerService*>(
            obj->queryLocalInterface(IMediaPlayerService::descriptor).get());
        if (intr == NULL) {
            intr = new BpMediaPlayerService(obj);
        }
    }
    return intr;
}

    这里的obj就是BpBinder，而BpBinder::queryLocalInterface返回NULL，因此就创建了一个BpMediaPlayerService对象：

 

intr = new BpMediaPlayerService(new BpBinder(handle));

因此，我们最终就得到了一个BpMediaPlayerService对象，达到我们最初的目标。

        有了这个BpMediaPlayerService这个远程接口之后，MediaPlayer就可以调用MediaPlayerService的服务了。

        至此，Android系统进程间通信（IPC）机制Binder中的Client如何通过Service Manager的getService函数获得Server远程接口的过程就分析完了，Binder机制的学习就暂告一段落了。

        不过，细心的读者可能会发现，我们这里介绍的Binder机制都是基于C/C++语言实现的，但是我们在编写应用程序都是基于Java语言的，那么，我们如何使用Java语言来使用系统的Binder机制来进行进程间通信呢？这就是下一篇文章要介绍的内容了，敬请关注。