Binder跨进程通信的原理

1.进程空间划分

一个进程空间分为用户空间,内核空间,即把进程内用户和内核 隔离开来。二者区别:
1.进程间,用户空间的数据不可共享,所以用户空间=不可共享空间
2.进程间,内核空间的数据可共享,所以内核空间=可共享空间。
注意:所有进程共用1个内核空间
进程内用户空间和内核空间进行交互,需要通过系统调用,主要通过函数:

  • copyfromuser():将用户空间的数据拷贝到内核空间
  • copytouser():将内核空间的数据拷贝到用户空间

2.进程隔离和跨进程通信

  • 进程隔离
    为了保证安全性和独立性,一个进程不能直接操作或者访问另一个进程,即安卓的进程是相互独立,隔离的
  • 跨进程通信(IPC)
    即进程间需要进行数据交互,通信
  • 跨进程通信的基本原理:
    1.发送进程通过系统调用,将需要发送的数据拷贝到Linux进程的内核空间中的缓存区中(数据拷贝1次,通过copy_from_user()) 进程中的空间分为用户空间和内核空间,其中用户空间不可共享和直接传输数据,内核空间是所有进程共享和可传输数据
    2.内核服务程序唤醒接收进程的接收线程,通过系统调用将数据发送到接收进程的用户空间中,最终完成数据发送(数据拷贝2次,通过copy_to_user()) 最终实现了进程间的用户空间的数据交互
image.png
缺点:

1.效率低下,因需要做2次数据拷贝,用户空间-->内核空间->>用户空间
2.接收数据的缓存要由接收方提供,但接收方却不知道到底要有多大的缓存才满足要求

而binder的作用则是:连接两个进程,实现了mmap()系统调用,主要负责创建数据接收的缓存空间和管理数据接收缓存
传统的跨进程通信需要拷贝数据2次,但Binder机制只需要1次,主要是使用了内存映射。

3.Binder跨进程通信的核心原理

1.Binder驱动,创建一块接收缓存区
2.实现地址映射关系:即根据需要映射的接收进程信息,实现内核缓存区和接收进程用户空间地址 同时映射到同1个共享接收缓存区中
3.发送进程通过系统调用copy_from_user()发送数据到虚拟内存空间(数据拷贝1次)
4.由于内存缓存区和接收进程的用户空间地址存在映射关系(同时映射Binder创建的接收缓存区中),故相当于也发送到了接收进程的用户空间地址,即实现了跨进程通信

如下图所示:


image.png

优点:

  • 传输效率高:数据拷贝次数少(1次),用户空间和内核空间可直接通过共享对象直接交互
  • 为接收进程分配了不确定大小的接收缓存区

4.优点

对比Linux上的其他进程通信方式(管道,消息队列,共享内存,信号量,socket),Binder机制的优点有:
1.高效
Binder数据只拷贝1次,而管道,消息队列,Socket都需要2次
通过驱动在内核空间拷贝数据,不需要额外的同步处理
2.安全性高
Binder机制为每个进程分配了UID/PID来作为鉴别身份的标识
在Binder通信时会根据UID/PID进行有效性检测。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,如Socket通信I地址时客户端手动填入,容易出现伪造
3.使用简单
采用Client/Server架构
实现面向对象的调用方式,在使用Binder时,就和调用1个本地对象实例一样。

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