Binder机制总结

Binder是什么?

整个Android系统架构中,大量采用了Binder机制作为IPC(进程间通信)方案。Binder可以理解为Android中的血管,在Android中我们所使用的Activity,Service等组件都需要和AMS(system_server)进行通信,这种跨进程通信都是通过Binder完成的。

机制:Binder是一种进程间通信机制
驱动:Binder是一个虚拟物理驱动设备
应用层:Binder是一个能发起通信的Java类

哪些场景会使用多进程通信?

应用层的进程:音乐、 WebView、 推送、 视频播放、 大图浏览
系统服务: 电话、 闹钟

Android为什么会选择多进程机制?

突破进程内存限制;
功能稳定性:独立的通信进程保持长连接的稳定性;
规避系统内存泄漏:独立的Webview进程阻隔内存泄漏导致的问题;
风险隔离:对于不稳定的功能放入独立进程,避免主进程被卡死、崩溃。

Binder通信采用C/S架构,Binder通信架构图:
Binder通信的四个角色

Client进程:使用服务的进程。

Server进程:提供服务的进程。

ServiceManager进程:ServiceManager的作用是将字符形式的Binder名字转化成Client中对该Binder的引用,使得Client能够通过Binder名字获得对Server中Binder实体的引用。

Binder驱动:驱动负责进程之间Binder通信的建立,Binder在进程之间的传递,Binder引用计数管理,数据包在进程之间的传递和交互等一系列底层支持。

Binder有什么优势?

Linux系统已经有了管道,信号量,共享内存,Socket可作用进程间通信,为什么却要选择Binder来进行进程间通信。

  • 性能:
    Binder数据拷贝只需要一次,而管道、消息队列、Socket都需要2次,共享内存方式一次内存拷贝都不需要。
  • 特点:
    但是共享内存需要数据同步等操作,控制复杂,易用性差。Binder和Socket的CS架构使用就更方便了,但Socket传输效率低,开销大。
  • 安全性:
    Binder机制,系统会分配每一个UID验证身份。实名与匿名:比如getSystemService()这些系统服务都是实名的,我们自己创建的服务是匿名的,别的app是访问不到的。共享内存和Socket接入点是开放的,不够安全。
进程空间划分

一个进程空间分为 用户空间 & 内核空间(Kernel),即把进程内 用户 & 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

所有进程共用1个内核空间

进程内 用户空间 & 内核空间 进行交互 需通过 系统调用,主要通过函数:

1.copy_from_user():将用户空间的数据拷贝到内核空间
2.copy_to_user():将内核空间的数据拷贝到用户空间

Binder是如何做到一次拷贝的?

Binder一次拷贝的实现依靠的是内存映射机制:
内存映射是系统调用函数mmap()的中文翻译,其本质是一种进程虚拟内存的映射方法,它可以将一个文件、一段物理内存或者其它对象(也包括内核空间)映射到进程的虚拟内存地址空间。实现这样的映射关系后,进程就可以采用指针的方式来读写操作这一段内存,进而完成对文件(或者其它被映射的对象)的操作,而不必再调用 read/write 等系统调用函数了。

从以上3个方面考虑,将binder作为了Android的进程间通信机制。

什么是进程通信数据拷贝

A进程要与B进程进行通信,怎么做?无非就是需要将A进程的数据传递给B进程。但是因为设定进程隔离,进程间的用户空间无法直接传递,那么只能通过共用的内核空间来传输,那么A进程就通过拷贝数据到内核空间,B进程去内核空间读取。

Binder的一次拷贝过程,从数据发送方的User Space通过copy_from_user()将数据拷贝入进程间公用内核空间的物理内存。数据接收方通过memory_mapping(内存映射)从这块物理内存直接获取。可以理解为在内核空间划分出了一块物理内存,内核空间和接收方的虚拟内存都映射在这块物理内存上,所以不需要第二次拷贝。而共享内存的0次拷贝通信,是通过发送和接收方共享同一块物理内存来实现的。

  • Binder在在Android中的应用

Binder在Android中的应用除了ServiceManager,你还想到了什么呢?

系统服务是用过getSystemService获取的服务,内部也就是通过ServiceManager。例如四大组件的启动调度等工作,就是通过Binder机制传递给ActivityManagerService,再反馈给Zygote。而我们自己平时应用中获取服务也是通过getSystemService(getApplication().WINDOW_SERVICE)代码获取。
AIDL(Android Interface definition language)。例如我们定义一个IServer.aidl文件,aidl工具会自动生成一个IServer.java的java接口类(包含Stub,Proxy等内部类)。
前台进程通过bindService绑定后台服务进程时,onServiceConnected(ComponentName name, IBinder service)传回IBinder对象,并且可以通过IServer.Stub.asInterface(service)获取IServer的内部类Proxy的对象,其实现了IServer接口。

MMAP的原理

Linux通过将一个虚拟内存区域与一个磁盘上的对象关联起来,以初始化这个虚拟内存区域的内容 ,这个过程称为内存映射(memory-maping)。
对文件进行mmap,会在进程的虚拟内存分配地址空间,创建映射关系。实现这样的映射关系后,就可以采用指针的方式读写操作这一段内存,而系统会自动写到对应的文件磁盘上。

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