Binder

好久没有写android相关的技术博客了，由于近期工作中需要做安卓项目，所以唤起了对安卓的重新学习激情。个人认为Binder是安卓的通信灵魂，所以准备从Binder开始研究安卓。

Binder机制中的4个组件Client, Server, Service Manager和Binder驱动关系图如下：

这个图还是比较清楚的能够看出4者之间的调用关系，相信有点安卓经验的朋友应该比较清晰，这里只做个感情的认识，不做进一步的讲解。不过还是要补充2点：

1.Binder驱动和Service Manager在安卓平台中已经实现，开发定制者只需要在用户空间实现自己的Client和Server。

2.Service Manager是个守护进程，用来管理Server，并向Client提供查询Server接口的能力。

下面从framework的角度去详细分析Binder的通信原理.

一. Service Manager是如何成为一个守护进程的？（即Service Manager是如何告知Binder驱动它是Binder机制的上下文管理者）

Service Manager的入口位于service_manager.c文件中的main函数：

 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;
 }

该函数有3个功能：1.打开Binder设备文件；2.告诉Binder驱动自己是守护进程；3.进入无限循环，充当Server角色，等待Client的请求。

我们直接看第二个功能：

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

这里通过ioctl来通知Binder驱动自己是守护进程

第三个功能进入循环，等待Client的请求：

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 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;

         res = ioctl(bs->fd, BINDER_WRITE_READ, &bwr);

         if (res < 0) {
             LOGE("binder_loop: ioctl failed (%s)\n", strerror(errno));
             break;
         }

         res = binder_parse(bs, 0, readbuf, bwr.read_consumed, func);
         if (res == 0) {
             LOGE("binder_loop: unexpected reply?!\n");
             break;
         }
         if (res < 0) {
             LOGE("binder_loop: io error %d %s\n", res, strerror(errno));
             break;
         }
     }
 }

最后总结一下，Service Manager成为Binder守护进程的过程是这样的：

1.打开/dev/binder文件：open("/dev/binder", O_RDWR);

2.建立128K内存映射：mmap(NULL, mapsize, PROT_READ, MAP_PRIVATE, bs->fd, 0);

3.通知Binder驱动它是守护进程：binder_become_context_manager(bs);

4.进入循环等待：binder_loop(bs, svcmgr_handler);

在整个过程中，Binder驱动建立了一个struct binder_proc结构，一个struct binder_thread结构，一个struct binder_node结构，这样Service_Manager就在Binder中担负起守护进程的职责了。

二.Server和Client是如何获得Service Manager接口的？（即defaultServiceManager接口是如何实现的）

Servvice Manager在Binder机制中既充当守护进程的角色也充当着Server的角色，但它与一般的Server不一样。对于一般的Server来说，Client想要获得Server的远程接口，必须通过Service Manager提供的getService来获得，这本身就是一个使用Binder机制来进行通信的过程。而对于Service Manager这个Server来说，Client想要获得Service Manager接口，却不必通过Binder机制来获得，因为Service Manager接口是个特殊的引用，它的引用句柄一定是0。

在Binder机制中，Server和Client拿到这个Service Manager接口之后怎么用呢？

对Server来说就是调用IServiceManager::addService这个接口来和Binder驱动交互；对于Client来说是调用IServiceManager::getService接口来和Binder驱动交互。

三.Server是如何把自己的服务启动起来的？Server Manager是如何为Server提供服务的？（即IServiceManager::addService接口是如何实现的）

这里通过一个例子老说明Binder机制中Server的启动过程。众所周知在安卓系统中提供了多媒体播放的功能 ，这个功能是以服务的形式提供的，下面通过分析MediaPlayerService的实现来了解Media Server的启动过程。

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 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();
 }

Server启动起来后，就会在一个循环中等待Client的请求。

四.Service Manager是如何为Client提供服务的？（即IServiceManager::getService接口是如何实现的）

假设Service Manager和MediaPlayerService已经启动完毕，Service Manager现在等待Client的请求。

这里举例说的Client便是MediaPlayer了，MediaPlayer继承于IMediaDeathNotifier类，里面有一个静态成员函数getMediaPlayerService，它通过IServiceManager::getService接口来获得MediaPlayerService的远程接口。

 // establish binder interface to MediaPlayerService
 /*static*/const sp<IMediaPlayerService>&
 IMediaDeathNotifier::getMediaPlayerService()
 {
     LOGV("getMediaPlayerService");
     Mutex::Autolock _l(sServiceLock);
     if (sMediaPlayerService.get() == 0) {
         sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
         sp<IBinder> binder;
         do {
             binder = sm->getService(String16("media.player"));
             if (binder != 0) {
                 break;
              }
              LOGW("Media player service not published, waiting...");
              usleep(500000); // 0.5 s
         } while(true);

         if (sDeathNotifier == NULL) {
         sDeathNotifier = new DeathNotifier();
     }
     binder->linkToDeath(sDeathNotifier);
     sMediaPlayerService = interface_cast<IMediaPlayerService>(binder);
     }
     LOGE_IF(sMediaPlayerService == 0, "no media player service!?");
     return sMediaPlayerService;
 }