Binder总结篇1-Binder原理

需要学会Binder的基本使用和原理，需要的知识点有：

1. Linux进程和空间的概念

2. 虚拟地址概念

3. 常用IPC，他们的基本流程和Binder的区别

4. C/S架构基本思路，也就是Binder驱动，ServerManager，Client和Server这四个概念。

5. AIDL以及支持的数据类型，包括Parcelable等，以及编写

6. Service(Android的四大组件之一)，Binder等几个具体的java类使用。

以下是自己的一些Binder学习总结，如有侵权请联系删除。

Linux的进程和空间的概念

在Linux系统中，进程是分配给应用程序运行的最小描述，即一个应用程序最少有一个进程，而一个进程之间又最少有一个线程，进程给应用程序分配内存空间。

空间：在Linux中，为了保持系统的稳定性，分为内核空间和用户空间，内核空间的权限最高，用户空间的权限最低。比如读写文件，网络请求就是在内核空间中进行的。

在Linux中，存在着进程隔离，也就是进程A无法直接访问进程B的数据，他们之间各自具有独立的内存。假如他们需要进行通信，就必须通过IPC来实现，主要是通过两个方法:copy_from_user和copy_to_user。

虚拟地址

在给应用程序分配内存的时候，对于应用程序来说，他是一片连续的内存空间，但是实际上，这些内存空间映射到具体的物理内存中是碎片化的不连续的，这个在应用程序看来是连续的空间就是通过虚拟地址实现的。通过虚拟地址，让应用程序看似拥有连续的内存空间，从而映射到具体的物理内存中。

比如，在32位系统中，可以寻址的空间长度是2的32次方，也就是4GB。

传统IPC

包括：

1. 共享内存

2. 消息管道

3. Socket

4. 信号量

这些是常用的IPC方法，一般而言，他们会经历两次的数据copy，共享内存除外。

第一次是发送方将数据通过copy_from_user拷贝到内核空间中，这是第一次。然后，接收方在自己的内存空间中，分配缓存区，通过copy_to_user方法把内核空间的数据复制到自己进行读取。

如下图：

对于Android系统而言，上面的几种方式都不太适合，首先对于两次的数据拷贝，存在的问题是：

1. copy次数多耗费时间

2. 接收方不知道需要分配多大的内存接受数据，或者是需要提前通知接受方分配而耗费时间。

对于共享内存，虽然它无需copy但是较为难以控制，安全性方面较差。

那么Binder在这方面具有什么优势呢？

1. Binder是只需要一次数据copy，仅低于共享内存。

2. 他基于C/S架构，职责分离又相互独立，稳定性更好。

3. 在安全性方面，传统的IPC接收方无法获取对方可靠的进程PId，从而无法鉴别对方身份。但是在Android中，他会为每一个安装好的App分配一个自己的UID，从而做到可以鉴别身份。

所以Binder是Android系统进行IPC采用的手段。那么Binder为什么只是可以一次数据拷贝就行了呢？

这个就是利用虚拟内存了。Binder借助内存映射，在内核空间和接收方的用户空间的数据缓存区做了一层内存映射。也就是说，在发送方将数据拷贝到内存空间的时候，内核空间的这部分地址同时也会被映射到接收方的内存缓存中，这样子，就少了一次从内和空间拷贝到用户空间。

如下图：

Binder 的通信原理

在Binder中，有四个概念，Binder驱动，ServerManager，Client以及Server，这四个部分组成了BinderC/S架构。

他跟一次网络请求很相似：Client通过域名发起请求，通过DNS域名解析器解析具体的ip地址，然后再通过路由转发到具体的Server，再然后Server将请求结果通过路由转发回Client。

在Binder的IPC中，有如下几个部分：

1. Binder驱动

Binder驱动是一种虚拟的字符设备，注册在/dev/bindr中，其中定义了一套Binder通信协议，负责建立进程间Binder通信，提供了数据包在进程之间传递的底层支持。

他的角色类似路由，他是提供进程间通信的底层支持。负责将Client端的请求转发到Server，并将Server的数据返回给Client。

2 ServerManager

他的作用类似DNS服务器，负责将Client请求的Server的Binder描述转化为具体的Server地址，以便Binder驱动将Client的请求转达到Server。当Server需要提供服务的时候，他必须先向ServerManager注册，这样子，ServerManager中，就存有一份类似key-value的数据，保存了一份Server的Binder字符名称和Binder引用的映射以便Client可以找到。

3. Client

Client的作用是发起请求，通过Binder向ServerManager发起请求获取Server的具体地址，然后交由Binder驱动转发。

4. Server

Server假如需要对外提供服务，他就需要先将自己注册到ServerManager中，以便被解析出来。Server在响应请求之后，就将数据通过Binder驱动再次将数据传递会Client。

这就是一次完整的IPC调用。

还有一个问题就是ServerManager的产生，因为Client/Server都是需要通过Binder与ServerManager进行通信的，那么这个ServerManager是如何产生的呢？

1. 在Android系统启动之后，会创建一个名词为servermanager的进程，可以查看ZygoteInit文件，在里面的main方法中，调用Zygote的forkSystemServer产生。它通过一个约定的命令BINDERSERVER_MGR向Binder驱动注册，申请成为ServerManager。Binder驱动会自动为ServerManager创建一个Binder实体

2. 这个Binder实体的引用在所有的Client中都是0，也就是说各个Client通过0这个引用就可以与ServerManager进行通信。

Binder的代理机制

上面是我们的IPC过程，在这个过程中，Client需要获取到Server端的Binder引用，那么这个引用是真正的Server引用吗，他是如何实现的呢，A进程并无法直接获取B进程的对象。这个就是需要通过Binder的代理机制实现。

我们在Client端，向ServerManager获取具体的Server端的Binder引用的时候，会首先进过Binder驱动，Binder驱动它并不会把真正的Server的Bind人引用返回给Client端，而是返回一个代理的java对象，该对象具有跟Server端的Binder引用相同的方法签名，这个对象为ProxyObject，他具有跟Server的Binder实例一样的方法，只是这些方法并没有Server端的能力，这个ProxyObject的能力是可以通过Binder驱动，正在实现对Server的Binder进行调用，从而完成数据传递。

比如，当Binder驱动接受到Client进程的请求，就去ServerManager中查询，在ServerManager中查询到具体的Server具体之后，就创建一个Server端的Binder对象的ProxyObject，并且将该ProxyObject返回给Client 。然后Client就通过ProxyObject调用其中的方法，ProxyObject的方法再去调用Binder驱动，这个Binder驱动就去Server进程中，调用具体的Server进程的具体的Binder对象的方法，然后再通过Binder驱动返回数据给Client。

如下图

AIDL

上面我们大概梳理了Binder调用的整体流程，知道Binder的大概原理。在Android中，是通过AIDL这一描述性接口语言实现的。

什么是AIDL:Android 接口定义语言 (AIDL)

关于如何使用AIDL将在下一篇文章在做详细使用。

参考文章

关于Binder，作为应用开发者你需要知道的全部(同时也是本文的文章图片来源)

为什么Android要采用Binder作为IPC机制

Binder系列-开篇

Android 跨进程通信：图文详解Binder机制原理

写给 Android 应用工程师的 Binder 原理剖析