Binder基本概念流程学习

一 Media Service进程启动

Init.rc中描述的service对应linux 的进程：

Media进程定义：

service media /system/bin/mediaserver class main user media group audio camera inet net_bt net_bt_admin net_bw_acct drmrpc ioprio rt 4

servicemanager 进程定义：

service servicemanager /system/bin/servicemanager class core user system 　　group system

 

　　Media中有很多Native Service（AudioFlinger MediaPlayerService CameraService 
AudioPolicyService等），整个Android（native或者framework）的Service都需要加入
servicemanager中进行统一管理。
　　那么Media Process 与ServiceManager Process是如何进行通信的呢——Binder.
通过Media Process中使用binder进行完成IPC过程，学习Binder的概念和使用方法。

\frameworks\av\media\mediaserver\ main_mediaserver.cpp：

int main(int argc, char** argv) { //创建ProcessState 当前进程属性
    sp<ProcessState> proc(ProcessState::self()); //IServiceManager对象
    sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager(); //初始化MediaPlayerService服务对象
 MediaPlayerService::instantiate(); …… //启动进程的线程池
    ProcessState::self()->startThreadPool(); //执行线程消息循环
    IPCThreadState::self()->joinThreadPool(); }

　　Sp：指针运算符和普通运算符的重载 StrongPointer。

二 Media Process执行过程

1 ProcessState对象创建

当前进程的状态属性，对象创建：

sp<ProcessState> ProcessState::self() { Mutex::Autolock _l(gProcessMutex); if (gProcess != NULL) { return gProcess; } gProcess = new ProcessState; return gProcess; }

ProcessState构造函数：

ProcessState::ProcessState() : mDriverFD(open_driver()) //打开binder驱动设备
 , mVMStart(MAP_FAILED) , mManagesContexts(false) , mBinderContextCheckFunc(NULL) , mBinderContextUserData(NULL) , mThreadPoolStarted(false) , mThreadPoolSeq(1) { if (mDriverFD >= 0) { //将binder的fd映射到当前进程虚拟空间地址中 与binder进行交互
        mVMStart = mmap(0, BINDER_VM_SIZE, PROT_READ, 　　　　　　　　MAP_PRIVATE | MAP_NORESERVE, mDriverFD, 0); } }

打开binder设备：

static int open_driver() { //打开binder设备驱动
    int fd = open("/dev/binder", O_RDWR); if (fd >= 0) { //bidner最大支持线程数
        size_t maxThreads = 15; result = ioctl(fd, BINDER_SET_MAX_THREADS, &maxThreads); } return fd; }

ProcessState对象创建过程所做的事：
　　打开/dev/binder设备，得到binder设备的fd；
　　将bidner设备fd映射到当前进程虚拟地址空间建立交互的通道；

2 IServiceManager对象创建
　　sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
为什么需要一个IServiceManager对象呢，这个类是个抽象提供接口

class IServiceManager : public IInterface { virtual sp<IBinder> getService( const String16& name) const = 0; virtual status_t addService( const String16& name, const sp<IBinder>& service, bool allowIsolated = false) = 0; …… };

　　通过IServiceManager派生对象操作将Service加入到ServiceManager中.

defaultServiceManager()函数：

sp<IServiceManager> defaultServiceManager() { //单例对象
    if (gDefaultServiceManager != NULL) return gDefaultServiceManager; AutoMutex _l(gDefaultServiceManagerLock); if (gDefaultServiceManager == NULL) { //创建对象
        gDefaultServiceManager = interface_cast<IServiceManager>( ProcessState::self()->getContextObject(NULL)); } return gDefaultServiceManager; } 

ProcessState::self()->getContextObject(NULL)：得到一个IBinder对象

　　ProcessState::self()刚才所创建的ProcessState对象。

sp<IBinder> ProcessState::getContextObject(const sp<IBinder>& caller) { return getStrongProxyForHandle(0); } sp<IBinder> ProcessState::getStrongProxyForHandle(int32_t handle) { sp<IBinder> result; AutoMutex _l(mLock); //从表中查询一个handle对应的handle_entry //若没有则创建一个 handle == 0
    handle_entry* e = lookupHandleLocked(handle); if (e != NULL) { IBinder* b = e->binder; if (b == NULL || !e->refs->attemptIncWeak(this)) { //handle_entry对象成员初始化 创建handle=0的BpBinder 
            b = new BpBinder(handle); e->binder = b; if (b) e->refs = b->getWeakRefs(); result = b; } } return result; }

　　handle_entry是什么呢？

　　　　　　struct handle_entry {
                IBinder* binder;
                RefBase::weakref_type* refs;
            };

　　也就是说ProcessState 有一个表Vector<handle_entry>mHandleToObject;

表里面的每一项存储了一个binder，每一个binder对应一个handle。

　　

　　Handle = 0是什么，句柄？ 代表谁的句柄——ServiceManager在binder中的资源。
从ProcessState::self()->getContextObject(NULL)得到一个 IBinder——BpBinder(0);
于是得到：
　　gDefaultServiceManager = interface_cast<IServiceManager>(BpBinder(0))；

使用interface_cast将IBinder实例转化成IServiceManager实例。

3 interface_cast函数

\frameworks\native\include\binder\IInterface.h：

interface_cast是个内联模板函数：　

template<typename INTERFACE> inline sp<INTERFACE> interface_cast(const sp<IBinder>& obj) { return INTERFACE::asInterface(obj); }

结合前面就是：

inline sp<IServiceManager> interface_cast(const sp<IBinder>& obj) { return IServiceManager::asInterface(obj); }

 

所以需要到IServiceManager里面去看看是如何实现的

4 IServiceManager类

\frameworks\native\include\binder\IServiceManager.h：

IServiceManager是一个抽象类：

class IServiceManager : public IInterface { 　　public: //宏声明
 DECLARE_META_INTERFACE(ServiceManager); virtual sp<IBinder> getService( const String16& name) const = 0; virtual status_t addService( const String16& name, const sp<IBinder>& service, bool allowIsolated = false) = 0; …… }

DECLARE_META_INTERFACE声明：

#define DECLARE_META_INTERFACE(INTERFACE)                               \
    static const android::String16 descriptor; \ static android::sp<I##INTERFACE> asInterface( \ const android::sp<android::IBinder>& obj); \ virtual const android::String16& getInterfaceDescriptor() const; \ I##INTERFACE(); \ virtual ~I##INTERFACE();                                            \ 

替换成IServiceManager：

//实现时传入：android.os.IServiceManager
static const android::String16 descriptor; static android::sp<IServiceManager> asInterface( const android::sp<android::IBinder>& obj); virtual const android::String16& getInterfaceDescriptor() const; //构造析构函数
IServiceManager(); virtual ~IServiceManager(); 

实现\frameworks\native\include\binder\IServiceManager.cpp：

IMPLEMENT_META_INTERFACE(ServiceManager, "android.os.IServiceManager");

IMPLEMENT_META_INTERFACE实现：
看一下asInterface接口：

#define IMPLEMENT_META_INTERFACE(INTERFACE, NAME)                       \
    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;                                                    \
}       　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 \

替换成IServiceManager:

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

这里得到IServiceManager 实例：

　　BpServiceManager：new BpServiceManager（new BpBinder（0））；

5 BpServiceManager 和 BpInterface类

\frameworks\native\libs\binder\ IServiceManager.cpp：BpServiceManager

class BpServiceManager : public BpInterface<IServiceManager> { public: //impl就是 new BpBinder（0）
    BpServiceManager(const sp<IBinder>& impl) : BpInterface<IServiceManager>(impl) { } virtual sp<IBinder> checkService(const String16& name) const { …… remote()->transact(CHECK_SERVICE_TRANSACTION, data, &reply); } virtual status_t addService(const String16& name, const sp<IBinder>& service, bool allowIsolated) { …… remote()->transact(ADD_SERVICE_TRANSACTION, data, &reply); } }

\frameworks\native\include\binder\ IInterface.h：模板类BpInterface

template<typename INTERFACE>
class BpInterface : public INTERFACE, public BpRefBase    // INTERFACE IServiceManager
{ 　　public: 　　　　BpInterface(const sp<IBinder>& remote); 　　protected: 　　　　virtual IBinder* onAsBinder(); };

BpInterface构造函数：

template<typename INTERFACE> inline BpInterface<INTERFACE>::BpInterface(const sp<IBinder>& remote) : BpRefBase(remote) {
 }

BpRefBase构造函数：

BpRefBase::BpRefBase(const sp<IBinder>& o) : mRemote(o.get()), mRefs(NULL), mState(0) { 　　// IBinder mRemote 指向 o.get() ：new BpBinder（0）
}

　　gDefaultServiceManager = interface_cast<IServiceManager>(BpBinder(0))；
实际为：
　　gDefaultServiceManager = new BpServiceManager（new BpBinder（0））；
Bn代表Binder Native Bp代表Binder Proxy
BpServiceManager代理的BpBinder实例 BpBinder代理的handle（0）

这个关系有些复杂，看一下类继承结构图：

　　

　　上面这个结构看起来感觉很熟悉——Bridge模式。将Binder数据交互和功能处理桥接起来。

在Media Process 的main函数中通过：

　　sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
　　我们得到了sm：是BpServiceManager对象。

三 MediaPlayerService加入到ServiceManager中

回到main函数中：

int main(int argc, char** argv) { //创建ProcessState 当前进程属性
    sp<ProcessState> proc(ProcessState::self()); //IServiceManager对象
    sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager(); //初始化MediaPlayerService服务对象
    MediaPlayerService::instantiate();     //执行到这里
 …… //启动进程的线程池
    ProcessState::self()->startThreadPool(); //执行线程消息循环
    IPCThreadState::self()->joinThreadPool(); }

1 MediaPlayerService初始化过程

void MediaPlayerService::instantiate() { 　　// defaultServiceManager就是上面所述得到的BpServiceManager对象
　　defaultServiceManager()->addService( 　　　　String16("media.player"), new MediaPlayerService()); }

BpServiceManager添加Service：

virtual status_t addService(const String16& name, const sp<IBinder>& service, bool allowIsolated) { //生成数据包Parcel
 Parcel data, reply; // Write RPC headers 写入Interface名字 得到“android.os.IServiceManager”
 data.writeInterfaceToken(IServiceManager::getInterfaceDescriptor()); //写入Service名字 “media.player”
 data.writeString16(name); //写入服务
 data.writeStrongBinder(service); data.writeInt32(allowIsolated ? 1 : 0); // remote()返回BpBinder对象
        status_t err = remote()->transact(ADD_SERVICE_TRANSACTION, data, &reply); return err == NO_ERROR ? reply.readExceptionCode() : err; }

remote()->transact 到BpBinder中：

status_t BpBinder::transact(uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags) { if (mAlive) { //到当前进程IPCThreadState中 mHandle=0
        status_t status = IPCThreadState::self()->transact( mHandle, code, data, reply, flags); if (status == DEAD_OBJECT) mAlive = 0; return status; } return DEAD_OBJECT; }

 

2 IPCThreadState中写入数据到Binder设备过程

IPCThreadState::self()->transact过程：

status_t IPCThreadState::transact(int32_t handle, uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags) { status_t err = data.errorCheck(); flags |= TF_ACCEPT_FDS; //将数据转化成binder_transaction_data 写入到Parcel实例mOut中
    err = writeTransactionData(BC_TRANSACTION, flags, handle, code, data, NULL); //写入数据
    err = waitForResponse(reply); return err; } status_t IPCThreadState::waitForResponse(Parcel *reply, status_t *acquireResult) { while (1) { //将数据写入到Binder设备中
 talkWithDriver(); …… } return err; } status_t IPCThreadState::talkWithDriver(bool doReceive) { //将数据封装成binder_write_read结构
 binder_write_read bwr; do { //将数据写入到所打开的Binder设备中
        ioctl(mProcess->mDriverFD, BINDER_WRITE_READ, &bwr) …… } while (err == -EINTR); return NO_ERROR; }

　　将MediaPlayerService加入到ServiceManager中，

这里就通过BpServiceManager的AddService将数据写入到Binder设备传递给ServiceManager。

继续Media Process过程

四 Media Process消息循环

int main(int argc, char** argv) { //启动进程的线程池 
    ProcessState::self()->startThreadPool();     //走到了这里 //执行线程消息循环
    IPCThreadState::self()->joinThreadPool(); }

1 创建工作者线程

startThreadPool：\frameworks\native\libs\binder\ ProcessState.cpp：

void ProcessState::startThreadPool() { spawnPooledThread(true); } void ProcessState::spawnPooledThread(bool isMain) { //创建PoolThread对象 并run ，非线程
    sp<Thread> t = new PoolThread(isMain); 　　t->run(buf); }

　　PoolThread继承Thread

执行Thread的run函数：

status_t Thread::run(const char* name, int32_t priority, size_t stack) { //创建线程mThread _threadLoop
    bool res; res = createThreadEtc(_threadLoop, this, name, priority, stack, &mThread); return NO_ERROR; }

现在有两个线程：主线程和mThread线程

mThread线程执行：_threadLoop

int Thread::_threadLoop(void* user) { Thread* const self = static_cast<Thread*>(user); do { //调用子类的threadLoop
        result = self->threadLoop(); …… } while(strong != 0); return 0; } class PoolThread : public Thread { protected: virtual bool threadLoop() { IPCThreadState::self()->joinThreadPool(mIsMain); return false; } };

2 进程间通信消息循环过程

消息循环：

void IPCThreadState::joinThreadPool(bool isMain) { mOut.writeInt32(isMain ? BC_ENTER_LOOPER : BC_REGISTER_LOOPER); status_t result; //消息循环
    do { int32_t cmd; //从binder设备中读取命令
        result = talkWithDriver(); if (result >= NO_ERROR) { cmd = mIn.readInt32(); //执行命令
            result = executeCommand(cmd); } …… } while (result != -ECONNREFUSED && result != -EBADF); mOut.writeInt32(BC_EXIT_LOOPER); talkWithDriver(false); }

命令执行：

status_t IPCThreadState::executeCommand(int32_t cmd) { BBinder* obj; RefBase::weakref_type* refs; switch (cmd) { case BR_DECREFS: break; case BR_ATTEMPT_ACQUIRE: break; case BR_TRANSACTION: 　　binder_transaction_data tr; result = mIn.read(&tr, sizeof(tr)); if (tr.target.ptr) { //将目标对象转化成BBinder
        sp<BBinder> b((BBinder*)tr.cookie); //调用BBinder的transact 函数
       const status_t error = b->transact(tr.code, buffer, &reply, tr.flags); } break; …… default: } return result; }

　　binder_transaction_data.cookie：target object cookie目标对象，这个target object是指那个呢？

在Media Process里面有几个Service：AudioFlinger、MediaPlayerService、CameraService等。

这个目标是这其中Service中的一个，假设目标对象为为MediaPlayerService，那为何要转化成BBinder呢？

3 Service对命令的处理

　　线程从binder接收到消息命令，将命令传递给Service处理。将目标对象转化成BBinder，然后调度此命令；

命令从远端传递到本地端进行处理，每个Service都对应BnXXX对象来处理远端BpXXX传来的命令。
　　sp<BBinder> b((BBinder*)tr.cookie);
　　const status_t error = b->transact(tr.code, buffer, &reply, tr.flags);
　　这里b代表某个Service：假设为MediaPlayerService；弄清楚执行过程，要弄清楚类继承关系。

　　　　

　　本地端BnMediaPlayerService消息处理过程：真正的对象是MediaPlayerService实例。
从BBinder ->transact开始传递：

status_t BBinder::transact(uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags) { //onTransact是个virtual函数 派生类BnMediaPlayerService重写
    err = onTransact(code, data, reply, flags); return err; } status_t BnMediaPlayerService::onTransact( uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags) { switch (code) { case CREATE: { pid_t pid = data.readInt32(); sp<IMediaPlayerClient> client = interface_cast<IMediaPlayerClient>(data.readStrongBinder()); //create是个virtual函数 派生类MediaPlayerService重写
            sp<IMediaPlayer> player = create(pid, client, audioSessionId); //创建player写入到数据包中 传回
            reply->writeStrongBinder(player->asBinder()); return NO_ERROR; } break; …… default: return BBinder::onTransact(code, data, reply, flags); } }

 

可以看看Client类继承关系结构图：

　　　　

　　看到这个跟上面的MediaPlayerService继承关系非常的相似，

　　这个结构也非常的熟悉——Adapter模式；将binder消息交互和命令处理适配到一起。

五 Client端与Service端交互

　　Client对Service进行使用Binder通信，是得到一个Service BnXXX端对象的代理，在Client 为BpXXX代理，

然后使用此代理进行相关的操作. 前面在使用ServiceManager就是此种方式进行。

　　实际上通信的基础是Binder，Proxy不过是在Binder上进行了一层封装，封装了对binder驱动的底层操作，使具有面向对象的特性。

任意两个进程通过Binder进行通信，就是先得到另一个进程的binder标识，通过此binder进行数据交换。

　　　　

1 新增加一个服务 
看下面media Palyer类继承结构。
实现Bn端类继承结构：

　　　　

实现Bp端类继承结构：

　　　　

 

可以看到 ：

• 　　需要定义服务公共接口IMediaPlayerService；
• 　　实现服务Bn端 派发消息BnMediaPlayerService；
• 　　实现服务的命令处理MediaPlayerService；
• 　　实现服务代理BpMediaPlayerService；

2 Client获取Service服务

　　Native Service以及framework Service都是加入到ServiceManger中，

不管native端还是Framework端得Service 其实都是要满足上面远程对象代理结构。

native端获取service：

//获取ServiceManager的代理对象
sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager(); //通过ServiceManager获取media Service binder
binder = sm->getService(String16("media.player")); //将binder封装 构造media Service代理对象 BpMediaPlayerService
sMediaPlayerService = interface_cast<IMediaPlayerService>(binder);

framework层的service，借助AIDL文件，实现跨进程的通信：

　　所有framework端service想要作为公共的服务，被别的应用程序调用，都要实现AIDL文件，服务要继承该AIDL文件内部类Stub。
其实AIDL文件是对Framework中service作为进程通信的框架的封装，系统自动生成中间需要的代码和步骤，统一结构：还是binder代理，服务代理。

下面看看PowerManagerService实现。
PowerManagerService服务：

\frameworks\base\services\java\com\android\server\PowerManagerService.java

public class PowerManagerService extends IPowerManager.Stub…… { 　　public void goToSleep(long time){ 　　　　…… 　　} }； AIDL文件：\frameworks\base\core\java\android\os\IPowerManager.aidl interface IPowerManager { 　　void goToSleep(long time); 　　…… }

AIDL对应的Java文件：
　　AIDL会自动生成一个对应的Java的interface文件，看看这个接口文件。
　　AIDL自动生成对应java文件位置：\out\target\common\obj\JAVA_LIBRARIES\framework_intermediates\src\core\java\android\os

public interface IPowerManager extends android.os.IInterface { //IPowerManager 内部类 Stub
    public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements android.os.IPowerManager { public static android.os.IPowerManager asInterface( android.os.IBinder obj) { //生成一个Proxy对象
            return new android.os.IPowerManager.Stub.Proxy(obj); } public android.os.IBinder asBinder() { return this; } @Override public boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags) { switch (code) { case TRANSACTION_goToSleep： this.goToSleep(_arg0); return true; …… } } //Stub内部类Proxy 
        private static class Proxy implements android.os.IPowerManager { private android.os.IBinder mRemote; Proxy(android.os.IBinder remote) { mRemote = remote; } public void goToSleep(long time) { //将数据打包成Parcel
                android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain(); android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain(); _data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR); _data.writeLong(time); //传输数据到binder 到相关的Service 进程 // IPCThreadState::transact方法中完成
                mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_goToSleep, _data, _reply,0); _reply.readException(); } } } //goToSleep接口对应的ID
    static final int TRANSACTION_goToSleep = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 2); //接口
    public void goToSleep(long time); }

看下其中类结构：

　　　　

AIDL自动生成对应的java文件，将结构过程进行了统一，自动生成中间代码。

Application获取用Service：

IPowerManager m mPowerManagerService; //获取service的bingder
IBinder binder = ServiceManager.getService("power")； //创建service代理对象
mPowerManagerService = IPowerManager.Stub.asInterface(binder); //调用接口
mPowerManagerService.goToSleep();

Native Service和 Framework Service结构方式基本一致的。

 

进程间通信Linux系统已经提供了很多方式，比如Socket，为什么Android非要另辟蹊径，设计了Binder呢？

　　可以阅读一下：http://www.cnblogs.com/bastard/archive/2012/10/17/2728155.html

　　Game Over ！

参考文档：
　　http://www.cnblogs.com/innost/archive/2011/01/09/1931456.html
　　http://blog.csdn.net/maxleng/article/details/5490770

注：

 

　　“我们其实还一部分没有研究，就是同一个进程之间的对象传递与远程传递是区别的。同一个进程间专递服务地和对象，

　　就没有代理BpBinder产生，而只是对象的直接应用了。应用程序并不知道数据是在同一进程间传递还是不同进程间传递，

　　这个只有内核中的Binder知道，所以内核Binder驱动可以将Binder对象数据类型从BINDER_TYPE_BINDER修改为

　　BINDER_TYPE_HANDLE或者BINDER_TYPE_WEAK_HANDLE作为引用传递。”  ——来自上述地址

　　这个可以看到在SystemServer运行的Service之间使用时，直接转化成了对应的对象，而不是通过代理。