Android Binder机制分析
I. Android系统Binder机制之一（Service Manager篇）
本文转载整理自： http://my.unix-center.net/~Simon_fu/?p=875
一、前言
Android虽然构建在Linux上面，但是在IPC（进程间）机制方面，没有利用Linux提供IPC机制，而是自己实现了一套轻量级的IPC机制——binder机制。并且Android Binder机制之上，Android框架提供了一套封装，可以实现对象代理（在本地进程中代理远程进程的对象）。本文简单分析一下Android Binder机制。
二、Binder情景分析
一个IPC通讯我们可以理解成客户端-服务器模式，因此我们先在这里分析一下典型的Binder应用模式：
1、客户端通过某种方式（后文会详细介绍）得到服务器端的代理对象。从客户端角度看来代理对象和他的本地对象没有什么差别。它可以像其他本地对象一样调用其方法，访问其变量。
2、客户端通过调用服务器代理对象的方法向服务器端发送请求。
3、代理对象把用户请求通过Android内核（Linux内核）的Binder驱动发送到服务器进程。
4、服务器进程处理用户请求，并通过Android内核（Linux内核）的Binder驱动返回处理结果给客户端的服务器代理对象。
5、客户端收到服务器端的返回结果。
如果你对COM或者Corba熟悉的话，以上的情景是否会让你联想到什么呢？没错！都是对象代理。以上的情景，在Android中经常会被用到。如果你还没有注意到这点儿，那么本文非常适合你。
三、Binder机制的组成
1、Binder驱动
binder是内核中的一个字符驱动设备位于：/dev/binder。这个设备是Android系统IPC的核心部分，客户端的服务代理用来通过它向服务器（server）发送请求，服务器也是通过它把处理结果返回给客户端的服务代理对象。我们只需要知道它的功能就可以了，本文我们的重点不在这里，所以后面不会专门介绍这部分。如果想深入了解的话，请研究内核源码中的binder.c。
2、Service Manager
负责管理服务。对应于第一步中，客户端需要向Service Manager来查询和获得所需要服务。服务器也需要向Service Manager注册自己提供的服务。可以看出Service Manager是服务的大管家。
3、服务（Server）
需要强调的是这里服务是指的是System Server，而不是SDK server，请参考《（转）高焕堂——Android框架底层结构知多少？》关于两种Server的介绍（其实应该是三种，丢掉了init调用的server，在init.rc中配置）。
4、客户端
一般是指Android系统上面的应用程序。它可以请求Server中的服务。
5、对象代理
是指在客户端应用程序中生成的Server代理（proxy）。从应用程序角度看代理对象和本地对象没有差别，都可以调用其方法，方法都是同步的，并且返回相应的结果。
四、大内总管——Service Manager
Android系统Binder机制的总管是Service Manager，所有的Server（System Server）都需要向他注册，应用程序需要向其查询相应的服务。可见其作用是多么的重要，所以本文首先介绍Service Manager。
通过上面介绍我们知道Service Manager非常重要，责任重大。那么怎样才能成为Service Manager呢？是不是谁都可以成为Service Manager呢？怎样处理server的注册和应用程序的查询和获取服务呢？为了回答这些问题先查看，Android中Service Manager的源码，其源码位于：
frameworks\base\cmds\servicemanager\service_manager.c
我们发现了main函数，说明他自己就是一个进程，在init.rc中我们发现：
service servicemanager /system/bin/servicemanager
user system
critical
onrestart restart zygote
onrestart restart media
说明其是Android核心程序，开机就会自动运行。
下面我们在研究一下它的代码，main函数很简单：
int main(int argc, char **argv)
{
struct binder_state *bs;
void *svcmgr = BINDER_SERVICE_MANAGER;
bs = binder_open(128*1024);
if (binder_become_context_manager(bs)) {
LOGE("cannot become context manager (%s)\n", strerror(errno));
return -1;
}
svcmgr_handle = svcmgr;
binder_loop(bs, svcmgr_handler);
return 0;
}
我们看到它先调用binder_open打开binder设备（/dev/binder），其次它调用了binder_become_context_manager函数，这个函数使他自己变为了“Server大总管”，其代码如下：
int binder_become_context_manager(struct binder_state *bs)
{
return ioctl(bs->fd, BINDER_SET_CONTEXT_MGR, 0);
}
也就是通过ioctl向binder设备声明“我就是server大总管”。
Service Manager作为一个Server大总管，本身也是一个server。既然是一个server就要时刻准备为客户端提供服务。最后Service Manager调用binder_loop进入到循环状态，并提供了一个回调函数，等待用户的请求。注意他的Service Manager的客户端既包括应用程序（查询和获取服务），也包括Server（注册服务）。
Service Manager的客户怎样才能请求其服务呢？答案是上文我们提到的情景一样。客户需要在自己进程中创建一个服务器代理。现在没有地方去查询服务，那么它的客户怎样生成他的服务代理对象呢？答案是binder设备（/dev/binder）为每一个服务维护一个句柄，调用binder_become_context_manager函数变为“Server大总管”的服务，他的句柄永远是0，是一个“众所周知”的句柄，这样每个程序都可以通过binder机制在自己的进程空间中创建一个Service Manager代理对象了。其他的服务在binder设备在设备中的句柄是不定的，需要向“Server大总管”查询才能知道。
现在我们需要研究Server怎样注册服务了，还是在其源码中，我们可以看到在其服务处理函数中（上文提到binder_loop函数注册给binder设备的回调函数svcmgr_handler）有如下代码：
case SVC_MGR_ADD_SERVICE:
s = bio_get_string16(msg, &len);
ptr = bio_get_ref(msg);
if (do_add_service(bs, s, len, ptr, txn->sender_euid))
return -1;
break;
有server向binder设备写入请求注册Service时，Service Manager的服务处理回调函数将会被调用。我们在仔细看看do_add_service函数的实现：
int do_add_service(struct binder_state *bs,
uint16_t *s, unsigned len,
void *ptr, unsigned uid)
{
struct svcinfo *si;
// LOGI("add_service('%s',%p) uid=%d\n", str8(s), ptr, uid);
if (!ptr || (len == 0) || (len > 127))
return -1;
if (!svc_can_register(uid, s)) {
LOGE("add_service('%s',%p) uid=%d - PERMISSION DENIED\n",
str8(s), ptr, uid);
return -1;
}
si = find_svc(s, len);
if (si) {
if (si->ptr) {
LOGE("add_service('%s',%p) uid=%d - ALREADY REGISTERED\n",
str8(s), ptr, uid);
return -1;
}
si->ptr = ptr;
} else {
si = malloc(sizeof(*si) + (len + 1) * sizeof(uint16_t));
if (!si) {
LOGE("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->next = svclist;
svclist = si;
}
binder_acquire(bs, ptr);
binder_link_to_death(bs, ptr, &si->death);
return 0;
}
我们看到首先检查是否有权限注册service，没权限就对不起了，出错返回；然后检查是否已经注册过，注册过的service将不能再次注册。然后构造一个svcinfo对象，并加入一个全局链表中svclist中。最后通知binder设备：有一个service注册进来。 si->ptr = ptr;这里的ptr应该就是注册的service的句柄。
我们再来看看客户端怎样通过Service Manager获得Service，还是在服务处理函数中（上文提到binder_loop函数注册给binder设备的回调函数）有如下代码：
case SVC_MGR_GET_SERVICE:
case SVC_MGR_CHECK_SERVICE:
s = bio_get_string16(msg, &len);
ptr = do_find_service(bs, s, len);
if (!ptr)
break;
bio_put_ref(reply, ptr);
return 0;
我们可以看到通过do_find_service查找Service如果查找到的话，写入reply中返回给客户端。
do_find_service函数也在service_manager.c文件中，其源码如下：
void *do_find_service(struct binder_state *bs, uint16_t *s, unsigned len)
{
struct svcinfo *si;
si = find_svc(s, len);
// LOGI("check_service('%s') ptr = %p\n", str8(s), si ? si->ptr : 0);
if (si && si->ptr) {
return si->ptr;
} else {
return 0;
}
}
do_find_service又调用了find_svc函数，其源码如下：
struct svcinfo *svclist = 0;
struct svcinfo *find_svc(uint16_t *s16, unsigned len)
{
struct svcinfo *si;
for (si = svclist; si; si = si->next) {
if ((len == si->len) &&
!memcmp(s16, si->name, len * sizeof(uint16_t))) {
return si;
}
}
return 0;
}
II. Android系统Binder机制之二（服务代理对象 上篇）
上文《Android系统Binder机制之一（Service Manager篇）》我们学习了Service Manager在Android Binder中的作用——服务（Service）注册，服务（Service）查询的功能。本文我们一起学习服务（Service）在客户端中的代理机制。重点介绍其核心对象BpBinder。
一、服务代理的基本原理
如下是客户端请求service服务的场景：
1、首先客户端向Service manager查找相应的Service。关于此，上文《Android系统Binder机制之一（Service Manager篇）》已有比较详细的介绍。注意客户端和Service可能在两个不同的进程中。
2、Android系统将会为客户端进程中创建一个Service代理。关于此，下文将详细介绍。
3、客户端视角只有Service代理，他所有对Service的请求都发往Service代理，然后有Service代理把用户请求转发给Service本身。Service处理完成之后，把结果返回给Service代理，Service代理负责把处理结果返回给客户端。注意客户端对Service代理的调用都是同步调用（调用挂住，直到调用返回为止），这样客户端视角来看调用远端Service的服务和调用本地的函数没有任何区别。这也是Binder机制的一个特点。
二、Android进程环境——ProcessState类型和对象
在Android系统中任进程何，要想使用Binder机制，必须要创建一个ProcessState对象和IPCThreadState对象。当然如果Android进程不使用Binder机制，那么这两个对象是不用创建的。这种情况很少见，因为Binder机制是整个Android框架的基础，可以说影响到Android方方面面。所以说了解这两个对象的作用非常重要。
台湾的高焕堂先生一片文章《认识ProcessState类型和对象》，可以在我的博文《（转）高焕堂——Android框架底层结构知多少？》中找到。可以先通过这篇文章对ProcessState进行一个大概了解。
ProcessState是一个singleton类型，一个进程只能创建一个他的对象。他的作用是维护当前进程中所有Service代理（BpBinder对象）。一个客户端进程可能需要多个Service的服务，这样可能会创建多个Service代理（BpBinder对象），客户端进程中的ProcessState对象将会负责维护这些Service代理。
我们研究一下创建一个Service代理的代码：
frameworks\base\libs\binder\ProcessState.cpp中
ProcessState::handle_entry* ProcessState::lookupHandleLocked(int32_t handle)
{
const size_t N=mHandleToObject.size();
if (N <= (size_t)handle) {
handle_entry e;
e.binder = NULL;
e.refs = NULL;
status_t err = mHandleToObject.insertAt(e, N, handle+1-N);
if (err < NO_ERROR) return NULL;
}
return &mHandleToObject.editItemAt(handle);
}
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;
}
getWeakProxyForHandle函数的作用是根据一个binder句柄（上文《Android系统的Binder机制之一——Service Manager》提到Binder驱动为每个Service维护一个Binder句柄，客户端可以通过句柄来和Service通讯）创建对应的Service代理对象。
当前进程首先调用lookupHandleLocked函数去查看当前进程维护的Service代理对象的列表，该待创建Service代理对象是否已经在当前进程中创建，如果已经创建过了，则直接返回其引用就可以了。否则将会在Service代理对象的列表增加相应的位置（注意系统为了减少分配开销，可能会多分配一些空间，策略是“以空间换时间”），保存将要创建的代理对象。具体代码请参考lookupHandleLocked的源码。
后面代码就好理解了，如果Service代理对象已经创建过了且当前弱引用数大于0（该值是通过attemptIncWeak返回），直接引用就行了。否则，则需要创建一个新的Service代理对象。
三、Android进程环境——IPCThreadState类型和对象
Android进程中可以创建一个ProcessState对象，该对象创建过程中会打开/dev/binder设备，并保存其句柄。并初始化该设备。代码如下：
static int open_driver()
{
int fd = open("/dev/binder", O_RDWR);
if (fd >= 0) {
fcntl(fd, F_SETFD, FD_CLOEXEC);
int vers;
status_t result = ioctl(fd, BINDER_VERSION, &vers);
if (result == -1) {
LOGE("Binder ioctl to obtain version failed: %s", strerror(errno));
close(fd);
fd = -1;
}
if (result != 0 || vers != BINDER_CURRENT_PROTOCOL_VERSION) {
LOGE("Binder driver protocol does not match user space protocol!");
close(fd);
fd = -1;
}
size_t maxThreads = 15;
result = ioctl(fd, BINDER_SET_MAX_THREADS, &maxThreads);
if (result == -1) {
LOGE("Binder ioctl to set max threads failed: %s", strerror(errno));
}
} else {
LOGW("Opening '/dev/binder' failed: %s\n", strerror(errno));
}
return fd;
}
ProcessState::ProcessState()
: mDriverFD(open_driver())
, mVMStart(MAP_FAILED)
, mManagesContexts(false)
, mBinderContextCheckFunc(NULL)
, mBinderContextUserData(NULL)
, mThreadPoolStarted(false)
, mThreadPoolSeq(1)
{
if (mDriverFD >= 0) {
// XXX Ideally, there should be a specific define for whether we
// have mmap (or whether we could possibly have the kernel module
// availabla).
#if !defined(HAVE_WIN32_IPC)
// mmap the binder, providing a chunk of virtual address space to receive transactions.
mVMStart = mmap(0, BINDER_VM_SIZE, PROT_READ, MAP_PRIVATE | MAP_NORESERVE, mDriverFD, 0);
if (mVMStart == MAP_FAILED) {
// *sigh*
LOGE("Using /dev/binder failed: unable to mmap transaction memory.\n");
close(mDriverFD);
mDriverFD = -1;
}
#else
mDriverFD = -1;
#endif
}
LOG_ALWAYS_FATAL_IF(mDriverFD < 0, "Binder driver could not be opened. Terminating.");
}
mDriverFD保存了/dev/binder设备的句柄，如果仔细查看ProcessState的源码会发现这个句柄不会被ProcessState对象使用。那么保存这个句柄做什么用呢？被谁使用呢？非常奇怪。经过查看ProcessState的头文件，发现如下代码：
friend class IPCThreadState;
发现IPCThreadState是ProcessState的友元类，那么就可以怀疑这个句柄是被IPCThreadState的对象使用的，然后查看代码发现确实如此。
IPCThreadState也是一个singleton的类型，一个进程中也只能有一个这样的对象。它的源码也位于frameworks\base\libs\binder目录下。我们查看一下它的talkWithDriver函数：
if (ioctl(mProcess->mDriverFD, BINDER_WRITE_READ, &bwr) >= 0)
err = NO_ERROR;
else
err = -errno;
IPCThreadState通过ioctl系统调用对ProcessState打开的句柄进行读写。这样我们也可以看出IPCThreadState对象的作用：
1、维护当前进程中所有对/dev/binder的读写。换句话说当前进程通过binder机制进行跨进程调用都是通过IPCThreadState对象来完成的。
2、IPCThreadState也可以理解成/dev/binder设备的封装，用户可以不直接通过ioctl来操作binder设备，都通过IPCThreadState对象来代理即可。
不管是客户端进程和Service进程都是需要用IPCThreadState来和binder设备通讯的。
如果是客户端进程则通过服务代理BpBinder（IBinder的一个子类）对象的transact函数调用IPCThreadState的transact函数，该函数作用就是把客户端的请求写入binder设备另一端的Service进程，具体请参阅IPCThreadState类的transact方法。
如果是Service进程，当他完成初始化工作之后，他需要他们需要进入循环状态等待客户端的请求，Service进程调用它的IPCThreadState对象的joinThreadPool方法，开始轮询binder设备，等待客户端请求的到来，后面我们讨论Service时候会进一步讨论joinThreadPool方法。有兴趣的朋友可以先通过查看代码来了解joinThreadPool方法。
四、Service代理对象BpBinder
上文关于ProcessState的介绍提到了，客户端进程创建的Service代理对象其实就是BpBinder对象。BpBinde其实是IBinder的一个子类。我们首先了解怎样创建BpBinder对象。
BpBinder::BpBinder(int32_t handle)
: mHandle(handle)
, mAlive(1)
, mObitsSent(0)
, mObituaries(NULL)
{
LOGV("Creating BpBinder %p handle %d\n", this, mHandle);
extendObjectLifetime(OBJECT_LIFETIME_WEAK);
IPCThreadState::self()->incWeakHandle(handle);
}
我们可以看出首先是通过IPCThreadState读写binder设备增加中相应binder句柄上的Service的引用计数。然后本地保存代理Service的binder句柄mHandle。
客户进程对Service的请求都通过调用BpBinder的transact方法来完成：
IBinder的transact函数源码如下
status_t BpBinder::transact(
uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)
{
// Once a binder has died, it will never come back to life.
if (mAlive) {
status_t status = IPCThreadState::self()->transact(mHandle, code, data, reply, flags);
if (status == DEAD_OBJECT) mAlive = 0;
return status;
}
return DEAD_OBJECT;
}
五、Android系统对Binder机制的抽象——IBinder
上面我们讲解了Binder机制比较底层的机制，这些机制直接用还是比较麻烦的，比如使用binder设备的ioctl，需要记住很多ioctl的代码。
Android为了是Binder机制容易使用，对Binder机制进行了抽象，定义了IBinder接口，该接口在C/C++和Java层都有定义。IBinder定义了一套使用Binder机制使用和实现客户程序和服务器的通讯协议。可以理解如下定义：
1、向Android注册的Service也必须是IBinder（继承扩展IBinder接口）对象。后续文章中我们讨论Service的时候我们会介绍到这方面的内容。
2、客户端得到Service代理对象也必须定义成IBinder（继承扩展IBinder接口）对象。这也是为什么BpBinder就是继承自IBinder。
3、客户端发送请求给服务器端，将Service代理对象IBinder接口的transact方法。
4、Android系统Binder机制将负责把用户的请求，调用Service对象IBinder接口的onTransact方法。具体实现我们将在以后介绍Service的时候讨论。
六、Service Manager代理对象
我们知道Service Manager是Android Binder机制的大管家。所有需要通过Binder通讯的进程都需要先获得Service Manager的代理对象才能进行Binder通讯。Service Manager即在C/C++层面提供服务代理，又在Java层面提供服务代理，本文先介绍一下C/C++层面的服务代理，Java层面的服务代理将在后续文章中介绍。
进程在C/C++层面上面，Android在Android命名空间中定义了一个全局的函数defaultServiceManager（定义在framework/base/libs/binder/IServiceManager.cpp），通过这个函数可以使进程在C/C++层面获得Service Manager的代理。我们先看一下该函数的定义：
sp<IServiceManager> defaultServiceManager()
{
if (gDefaultServiceManager != NULL) return gDefaultServiceManager;
{
AutoMutex _l(gDefaultServiceManagerLock);
if (gDefaultServiceManager == NULL) {
gDefaultServiceManager = interface_cast<IServiceManager>(
ProcessState::self()->getContextObject(NULL));
}
}
return gDefaultServiceManager;
}
我们可以看到defaultServiceManager是调用ProcessState对象的getContextObject方法获得Service Manager的getContextObject方法获得Service Manager代理对象。我们再看一下getContextObject函数的定义：
sp<IBinder> ProcessState::getContextObject(const sp<IBinder>& caller)
{
return getStrongProxyForHandle(0);
}
我们可以看出其实是调用我们上面描述过的getStrongProxyForHandle方法，并以句柄0为参数来获得Service Manager的代理对象。
ProcessState::self()->getContextObject(NULL)返回一个IBinder对象，怎样把它转化成一个IServiceManager的对象呢？这就是模板函数interface_cast<IServiceManager>的作用了。调用的是IServiceManager.asInterface方法。IServiceManager的asInterface方法通过DECLARE_META_INTERFACE和IMPLEMENT_META_INTERFACE宏来定义，详细情况请查看IServiceManager类的定义。IMPLEMENT_META_INTERFACE宏关于asInterface的定义如下：
#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> I##INTERFACE::asInterface( \
const android::sp<android::IBinder>& obj) \
{ \
android::sp<I##INTERFACE> intr; \
if (obj != NULL) { \
intr = static_cast<I##INTERFACE*>( \
obj->queryLocalInterface( \
I##INTERFACE::descriptor).get()); \
if (intr == NULL) { \
intr = new Bp##INTERFACE(obj); \
} \
} \
return intr; \
} \
I##INTERFACE::I##INTERFACE() { } \
I##INTERFACE::~I##INTERFACE() { } \
最终asInterface将会用一个IBinder对象创建一个BpServiceManager对象，并且BpServiceManager继承自IServiceManager，这样我们就把IBinder对象转换成了IServiceManager对象。如果你仔细查看BpServiceManager的定义，你会发现查询Service，增加Service等方法其实都是调用底层的IBinder对象来完成的。
当我们在C/C++层面编写程序使用Binder机制的时候将会调用defaultServiceManager函数来获得Service Manager，比如：很多Android系统Service都是在C/C++层面实现的，他们就需要向Service Manager注册其服务，那么这些服务将调用defaultServiceManager获得Service Manager代理对象。我们在后续介绍Android系统Service的时候将会详细介绍。
另注：IPCThreadState虽然也是Singleton模式(构造函数私有，通过IPCThreadState::self获取对象实例)，但是IPCThreadState可不是一个进程只有一个哦！
IPCThreadState对象是放到线程私有存储(Thread Local Storage)中的，一个进程可能有多个线程，因此IPCThreadState是每个线程都可能拥有一个。TLS通过全局的key获取。TLS相当于线程中的“线程全局”变量，线程中的函数是可以直接获取的(你不能在线程函数栈中new一个IPCThreadState对象，但你能获得该线程唯一的IPCThreadState对象)。
参考多线程编程模型，再看看IPCThreadState::self为什么那样实现，就知道我所言非虚。
III. Android系统Binder机制之三（服务代理对象 下篇）
上文《Android系统的Binder机制之二——服务代理对象（1）》我们学习了进程的C/C++层面的服务代理对象BpBinder，和Binder底层处理方式。本文我们将深入分析一下在进程的Java层面服务代理对象的创建和使用。
一、Android进程的C/C++层面和Java层
Android中程序大部分都是java开发，底层通过JNI调用C/C++的代码。这样一个程序就分为了两个层面C/C++层面和Java层面。运行状态下，我们说它们都在一个进程之中，拥有相同的进程属性（UID，GID等等）。
Binder客户程序的C/C++层面的对象和原理我们在上文《Android系统的Binder机制之二——服务代理对象（1）》已经学习。下面我们将介绍客户程序怎样在Java层面通过JNI调用底层C/C++代码的创建服务代理。
ServiceManager类型和对象
我在《Android系统的Binder机制之一——Service Manager》中介绍过，客户端要想获得服务代理，首先要向ServiceManager查询Service。在Java层面也是这样，所以我们首先分析Java层面ServiceManager类。
我们通过查看android.os.ServiceManager的源码我们发现，ServiceManager类型也是一个Singleton类型。所有的方法都是静态方法，所有静态方法都是访问它的IServiceManager类型的静态变量sServiceManager，定义如下：
private static IServiceManager sServiceManager;
所以可以理解ServiceManager就是IServiceManager对象的一个代理。为创建和访问这个变量都是通过ServiceManager的getIServiceManager方法，定义如下：
private static IServiceManager getIServiceManager() {
if (sServiceManager != null) {
return sServiceManager;
}
// Find the service manager
sServiceManager = ServiceManagerNative.asInterface(BinderInternal.getContextObject());
return sServiceManager;
}
通过上面的代码，非常清晰的告诉我们ServiceManager类型是一个Singleton类型。现在我们主要研究sServiceManager对象怎样创建的。如下代码创建IServiceManager对象：
sServiceManager = ServiceManagerNative.asInterface(BinderInternal.getContextObject());
我们首先查看BinderInternal类的getContextObject方法的代码，发现是Native代码（哈哈！有终于到达C/C++层面了，我们已经熟悉了），对应的代码为android_util_binder.cpp中的android_os_BinderInternal_getContextObject函数，代码如下：
static jobject android_os_BinderInternal_getContextObject(JNIEnv* env, jobject clazz)
{
sp<IBinder> b = ProcessState::self()->getContextObject(NULL);
return javaObjectForIBinder(env, b);
}
终于看到我们上文《Android系统的Binder机制之二——服务代理对象（1）》介绍过的ProcessState对象了，我们再去查看ProcessState对象的getContextObject方法，代码如下：
C语言的sprintf函数跟printf在用法上几乎一样，只是两者打印的目的地不同而已，前者打印到字符串中，后者则直接在命令行上输出
sprintf是个变参函数，定义如下：
sp<IBinder> ProcessState::getContextObject(const sp<IBinder>& caller)
{
return getStrongProxyForHandle(0);
}
我们看到在当前进程的ProcessState对象其实是调用getStrongProxyForHandle方法来创建binder句柄为0的服务代理对象——BpBinder对象，我们在《Android系统的Binder机制之一——Service Manager》提到过ServiceManager的binder句柄是一个闻名句柄0。上文《Android系统的Binder机制之二——服务代理对象（1）》已经介绍过ProcessState对象的getStrongProxyForHandle方法，这里就不多说了。
我们可以看出Java调用C/C++，创建一个服务代理对象BpBinder，在查看BpBinder的定义我们发现继承自IBinder接口，然后在android_util_binder.cpp中的方法android_os_BinderInternal_getContextObject中，把C/C++层面的IBinder对象封装成Java层面的IBinder对象。具体实现可以查看上文的android_os_BinderInternal_getContextObject方法。
至此我们已经清楚BinderInternal.getContextObject()，返回的是ServiceManager的服务代理对象——BpBinder对象。那么ServiceManagerNative类的静态方法asInterface做什么用呢？我们还是通过代码来分析，在ServiceManagerNative.java中，asInterface的代码如下：
static public IServiceManager asInterface(IBinder obj)
{
if (obj == null) {
return null;
}
IServiceManager in =
(IServiceManager)obj.queryLocalInterface(descriptor);
if (in != null) {
return in;
}
return new ServiceManagerProxy(obj);
}
将会用IBinder对象创建一个ServiceManagerProxy对象，ServiceManagerProxy类型实现了IServiceManager接口，所以asInterface方法最终目的是用一个IBinder对象创建一个IServiceManager对象。
为什么要用IBinder对象创建一个IServiceManager对象呢？通过ServiceManager的代理对象——IBinder对象（BpBinder对象）应该可以直接请求ServiceManager中的服务了啊？我们在前文《Android系统的Binder机制之二（服务代理对象 上篇）》简单介绍了一下IBinder类型，客户端通过transact方法向Service发送请求，且请求通过请求代码来区分。具体请参考Android手册，也可以参照后面将介绍的ServiceManagerProxy的getService()方法。如果客户端直接用调用ServiceManager的代理对象的IBinder接口，那么客户端必须要记住所有请求的请求代码，对客户端来说不太友好。所以在ServiceManagerNative类中就把ServiceManager的代理对象——IBinder对象（BpBinder对象）封装成ServiceManagerProxy对象，暴露给客户程序一个IServiceManager接口，这样IServiceManager对象（其实是ServiceManagerProxy对象)将会代理客户程通过IBinder把请求发往服务器。客服程序只是简单的调用IServiceManager接口的方法来给ServiceManager发送请求，这样对客户程序来讲和本地的函数调用是一致的，接口非常友好。比如我们客户程序需要调用IServiceManager的getService方法来查询一个Service，ServiceManagerProxy实现代码如下：
class ServiceManagerProxy implements IServiceManager {
public ServiceManagerProxy(IBinder remote) {
mRemote = remote;
}
public IBinder asBinder() {
return mRemote;
}
public IBinder getService(String name) throws RemoteException {
Parcel data = Parcel.obtain();
Parcel reply = Parcel.obtain();
data.writeInterfaceToken(IServiceManager.descriptor);
data.writeString(name);
mRemote.transact(GET_SERVICE_TRANSACTION, data, reply, 0);
IBinder binder = reply.readStrongBinder();
reply.recycle();
data.recycle();
return binder;
}
}
我们可以非常清晰的看到ServiceManagerProxy对象将客户程序的请求转换成对ServiceManager代理对象——IBinder对象（BpBinder对象）的调用。后文我们将会详细介绍怎样通过IServiceManager查询和获得一个系统Service代理对象。
到这里我们已经分析完了，ServiceManager的Singleton对象——sServiceManager的创建。如果有不清楚的地方请查看代码。
二、查询和获得Service代理对象
客户程序通过调用ServiceManagerNative的静态方法asInterface获得了IServiceManager对象，但是最终目的一般都是要查询和获得其他的Service，一般都是要调用IServiceManager的getService方法，向ServiceManager获得其他的Service。比如：
IBinder b = ServiceManager.getService(Context.NETWORKMANAGEMENT_SERVICE);
上面的代码中就是调用ServiceManager的静态方法获得网络管理服务代理对象。我们顺藤摸瓜，看看系统是怎样生成这个Service代理对象的。这里只是简单说明一下调用顺序，详细过程请查看源码。
1、调用ServiceManager.java中的ServiceManager静态方法getService。
2、调用ServiceManagerNative.java中的ServiceManagerProxy方法getService。代码如下：
public IBinder getService(String name) throws RemoteException {
Parcel data = Parcel.obtain();
Parcel reply = Parcel.obtain();
data.writeInterfaceToken(IServiceManager.descriptor);
data.writeString(name);
mRemote.transact(GET_SERVICE_TRANSACTION, data, reply, 0);
IBinder binder = reply.readStrongBinder();
reply.recycle();
data.recycle();
return binder;
}
请注意IBinder的transact方法是同步方法（本例中ServiceManager处理完成请求之后才会返回），我们可以看出调用transact之后，调用reply.readStrongBinder()来读取IBinder对象。
3、查看Parcel.java中的readStrongBinder方法，发现是Native方法，将会调用到C/C++的代码。
4、查看android_util_binder.cpp中的android_os_Parcel_readStrongBinder函数。代码如下：
static jobject android_os_Parcel_readStrongBinder(JNIEnv* env, jobject clazz)
{
Parcel* parcel = parcelForJavaObject(env, clazz);
if (parcel != NULL) {
return javaObjectForIBinder(env, parcel->readStrongBinder());
}
return NULL;
}
parcel->readStrongBinder()将会产生一个IBinder对象。
5、查看Parcel.cpp中，Parcel的方法readStrongBinder。代码如下：
sp<IBinder> Parcel::readStrongBinder() const
{
sp<IBinder> val;
unflatten_binder(ProcessState::self(), *this, &val);
return val;
}
6、查看Parcel.cpp中，Parcel的方法unflatten_binder。代码如下：
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;
}
终于看到调用我们的老朋友ProcessState对象的getStrongProxyForHandle方法了，这样将会创建一个BpBinder对象，然后该BpBinder对象将会被转换成IBinder对象返回给Java层。
7、Java层为了用使用Service方便，可以把Service代理对象——BpBinder对象（IBinder对象）封装成一个对客户程序友好的代理对象，就如前面ServiceManagerProxy所示那样。
8、用户程序就可以通过该代理对象访问相应Service了。
通过所述，我们了解了Service代理对象在Java层的创建和使用。Android系统的Binder机制博大精深，我在本文中很多方面都是蜻蜓点水，如果想深入学习请参阅Android的源码。
参考资料：
IPC框架分析 Binder，Service，Service manager
IV. Android系统的Binder机制之四（系统Service篇）
前面我们已经介绍了Android Binder机制的Service Manager，Service对象代理（上），Service对象代理（下）。本文将介绍一下Android机制的另外一个重要部分——系统Service。
一、系统Service实例——Media server
首先我们先看一下Android一个实例Media Service，代码位于framework/base/media/mediaserver/main_mediaserver.cpp文件：
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <grp.h>
#include <binder/IPCThreadState.h>
#include <binder/ProcessState.h>
#include <binder/IServiceManager.h>
#include <utils/Log.h>
#include <AudioFlinger.h>
#include <CameraService.h>
#include <MediaPlayerService.h>
#include <AudioPolicyService.h>
#include <private/android_filesystem_config.h>
using namespace android;
int main(int argc, char** argv)
{
sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());
sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
LOGI("ServiceManager: %p", sm.get());
AudioFlinger::instantiate();
MediaPlayerService::instantiate();
CameraService::instantiate();
AudioPolicyService::instantiate();
ProcessState::self()->startThreadPool();
IPCThreadState::self()->joinThreadPool();
}
我们发现Media Server是一个进程，并且该程序的实现表面上也挺简单，其实并不简单，让我们慢慢分析一下Media Server。
1、第一句创建创建一个ProcessState的引用，但是这个对象后面并没有被调用到，那么为什么创建呢？回想一下《
2、第二句调用defaultServiceManager获得一个Service Manager代理对象，
我在《Android系统的Binder机制之二（服务代理对象 上篇）》已经对此有了详细的介绍这里就不赘述了。
3、后面几行都是创建具体的Service，我们展开之后发现都是一些调用Service Manager的addService进行注册的函数，以AudioFlinger为例，instantiate代码如下：
void AudioFlinger::instantiate() {
defaultServiceManager()->addService(
String16("media.audio_flinger"), new AudioFlinger());
}
4、最后调用ProcessState的startThreadPool方法和IPCThreadState的joinThreadPool使Media Server进入等待请求的循环当中。
我们可以看出一个进程中可以有多个Service，Media Server这个进程中就存在AudioFlinger，MediaPlayerService，CameraService，AudioPolicyService四个Service。
二、系统Service的基础——BBinder
我们仔细查看一下Media Server中定义的四个Service我们将会发现他们都是继承自BBinder，而BBinder又继承自IBinder接口，详细情况请自行查看他们的代码。每个Service都改写了BBinder的onTransact虚函数，当用户发送请求到达Service时，框架将会调用Service的onTransact函数，后面我们将会详细的介绍这个机制。
三、Service注册
每个Service都需要向“大管家”Service Manager进行注册，调用Service Manager的addService方法注册。这样Service Manager将会运行客户端查询和获取该Service（代理对象），然后客户端就可以通过该Service的代理对象请求该Service的服务。
四、Service进入等待请求的循环
每个Service必须要进入死循环，等待客户端请求的到达，本例中最后两句就是使Service进行等待请求的循环之中。
ProcessState的startThreadPool方法的代码如下
void ProcessState::startThreadPool()
{
AutoMutex _l(mLock);
if (!mThreadPoolStarted) {
mThreadPoolStarted = true;
spawnPooledThread(true);
}
}
void ProcessState::spawnPooledThread(bool isMain)
{
if (mThreadPoolStarted) {
int32_t s = android_atomic_add(1, &mThreadPoolSeq);
char buf[32];
sprintf(buf, "Binder Thread #%d", s);
LOGV("Spawning new pooled thread, name=%s\n", buf);
sp<Thread> t = new PoolThread(isMain);
t->run(buf);
}
}
IPCThreadState的joinThreadPool方法的代码如下：
void IPCThreadState::joinThreadPool(bool isMain)
{
LOG_THREADPOOL("**** THREAD %p (PID %d) IS JOINING THE THREAD POOL\n", (void*)pthread_self(), getpid());
mOut.writeInt32(isMain ? BC_ENTER_LOOPER : BC_REGISTER_LOOPER);
// This thread may have been spawned by a thread that was in the background
// scheduling group, so first we will make sure it is in the default/foreground
// one to avoid performing an initial transaction in the background.
androidSetThreadSchedulingGroup(mMyThreadId, ANDROID_TGROUP_DEFAULT);
status_t result;
do {
int32_t cmd;
// When we've cleared the incoming command queue, process any pending derefs
if (mIn.dataPosition() >= mIn.dataSize()) {
size_t numPending = mPendingWeakDerefs.size();
if (numPending > 0) {
for (size_t i = 0; i < numPending; i++) {
RefBase::weakref_type* refs = mPendingWeakDerefs[i];
refs->decWeak(mProcess.get());
}
mPendingWeakDerefs.clear();
}
numPending = mPendingStrongDerefs.size();
if (numPending > 0) {
for (size_t i = 0; i < numPending; i++) {
BBinder* obj = mPendingStrongDerefs[i];
obj->decStrong(mProcess.get());
}
mPendingStrongDerefs.clear();
}
}
// now get the next command to be processed, waiting if necessary
result = talkWithDriver();
if (result >= NO_ERROR) {
size_t IN = mIn.dataAvail();
if (IN < sizeof(int32_t)) continue;
cmd = mIn.readInt32();
IF_LOG_COMMANDS() {
alog << "Processing top-level Command: "
<< getReturnString(cmd) << endl;
}
result = executeCommand(cmd);
}
// After executing the command, ensure that the thread is returned to the
// default cgroup before rejoining the pool. The driver takes care of
// restoring the priority, but doesn't do anything with cgroups so we
// need to take care of that here in userspace. Note that we do make
// sure to go in the foreground after executing a transaction, but
// there are other callbacks into user code that could have changed
// our group so we want to make absolutely sure it is put back.
androidSetThreadSchedulingGroup(mMyThreadId, ANDROID_TGROUP_DEFAULT);
// Let this thread exit the thread pool if it is no longer
// needed and it is not the main process thread.
if(result == TIMED_OUT && !isMain) {
break;
}
} while (result != -ECONNREFUSED && result != -EBADF);
LOG_THREADPOOL("**** THREAD %p (PID %d) IS LEAVING THE THREAD POOL err=%p\n",
(void*)pthread_self(), getpid(), (void*)result);
mOut.writeInt32(BC_EXIT_LOOPER);
talkWithDriver(false);
}
Service在IPCThreadState的joinThreadPool方法中，调用talkWithDriver方法和Binder驱动进行交互，读取客户端的请求。当客户端请求到达之后调用executeCommand方法进行处理。
我们再看一下Service怎样处理客户端的请求？我们们查看一下executeCommand方法的源码：
status_t IPCThreadState::executeCommand(int32_t cmd)
{
BBinder* obj;
RefBase::weakref_type* refs;
status_t result = NO_ERROR;
switch (cmd) {
......
case BR_TRANSACTION:
{
......
if (tr.target.ptr) {
sp<BBinder> b((BBinder*)tr.cookie);
const status_t error = b->transact(tr.code, buffer, &reply, 0);
if (error < NO_ERROR) reply.setError(error);
}
......
}
break;
......
}
if (result != NO_ERROR) {
mLastError = result;
}
return result;
}
可以看到IPCThreadState将会直接调用BBinder的transact方法来处理客户端请求，我们再看一下BBinder的transact方法：
status_t BBinder::transact(uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)
{
data.setDataPosition(0);
status_t err = NO_ERROR;
switch (code) {
case PING_TRANSACTION:
reply->writeInt32(pingBinder());
break;
default:
err = onTransact(code, data, reply, flags);
break;
}
if (reply != NULL) {
reply->setDataPosition(0);
}
return err;
}
我们发现他将会叫用自己的虚函数onTransact。我们前面提到所有的Service都集成自BBinder，并且都改写了onTransact虚函数。那么IPCThreadState将会调用Service定义onTransact方法来响应客户请求。
五、结论
本文简单介绍了一下系统Service的原理，台湾的高焕堂先生有一篇文章，手把手教怎样实现一个系统Service，你可以在我的博文《（转）高焕堂——Android框架底层结构知多少？》中找到。
Alfred整理发布，本篇博文的著作权信息如下：