Android的IPC机制Binder的各个部分.docx
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Android的IPC机制Binder的各个部分
Android的IPC机制Binder的各个部分
第一部分Binder的组成
1.1驱动程序部分在以下的文件夹中：
kernel/include/linux/binder.h
kernel/drivers/android/binder.c
binder驱动程序是一个miscdevice，主设备号为10，此设备号使用动态获得（MISC_DYNAMIC_MINOR），其设备的节点为：
/dev/binder
binder驱动程序会在proc文件系统中建立自己的信息，其文件夹为/proc/binde，其中包含如下内容：
proc目录：
调用Binder各个进程的内容
state文件：
使用函数binder_read_proc_state
stats文件：
使用函数binder_read_proc_stats
transactions文件：
使用函数binder_read_proc_transactions
transaction_log文件：
使用函数binder_read_proc_transaction_log，其参数为binder_transaction_log（类型为structbinder_transaction_log）
failed_transaction_log文件：
使用函数binder_read_proc_transaction_log其参数为binder_transaction_log_failed（类型为structbinder_transaction_log）
在binder文件被打开后，其私有数据（private_data）的类型：
structbinder_proc
在这个数据结构中，主要包含了当前进程、进程ID、内存映射信息、Binder的统计信息和线程信息等。
在用户空间对Binder驱动程序进行控制主要使用的接口是mmap、poll和ioctl，ioctl主要使用的ID为：
#defineBINDER_WRITE_READ _IOWR（'b',1,structbinder_write_read）
#defineBINDER_SET_IDLE_TIMEOUT _IOW（'b',3,int64_t）
#defineBINDER_SET_MAX_THREADS _IOW（'b',5,size_t）
#defineBINDER_SET_IDLE_PRIORITY_IOW（'b',6,int）
#defineBINDER_SET_CONTEXT_MGR _IOW（'b',7,int）
#defineBINDER_THREAD_EXIT _IOW（'b',8,int）
#defineBINDER_VERSION _IOWR（'b',9,structbinder_version）
BR_XXX等宏为BinderDriverReturnProtocol，表示Binder驱动返回协议。
BC_XXX等宏为BinderDriverCommandProtocol，表示Binder驱动命令协议。
binder_thread是Binder驱动程序中使用的另外一个重要的数据结构，数据结构的定义如下所示：
structbinder_thread{
structbinder_proc*proc;
structrb_noderb_node;
intpid;
intlooper;
structbinder_transaction*transaction_stack;
structlist_headtodo;
uint32_treturn_error;
uint32_treturn_error2;
wait_queue_head_twait;
structbinder_statsstats;
};
binder_thread的各个成员信息是从rb_node中得出。
BINDER_WRITE_READ是最重要的ioctl，它使用一个数据结构binder_write_read定义读写的数据。
structbinder_write_read{
signedlongwrite_size;
signedlongwrite_consumed;
unsignedlongwrite_buffer;
signedlongread_size;
signedlongread_consumed;
unsignedlongread_buffer;
};
1.2servicemanager部分
servicemanager是一个守护进程，用于这个进程的和/dev/binder通讯，从而达到管理系统中各个服务的作用。
可执行程序的路径：
/system/bin/servicemanager
开源版本文件的路径：
frameworks/base/cmds/servicemanager/binder.h
frameworks/base/cmds/servicemanager/binder.c
frameworks/base/cmds/servicemanager/service_manager.c
程序执行的流程：
open（）：
打开binder驱动
mmap（）：
映射一个128*1024字节的内存
ioctl（BINDER_SET_CONTEXT_MGR）：
设置上下文为mgr进入主循环binder_loop（）
ioctl（BINDER_WRITE_READ），读取 binder_parse（）进入binder处理过程循环处理
binder_parse（）的处理，调用返回值：
当处理BR_TRANSACTION的时候，调用svcmgr_handler（）处理增加服务、检查服务等工作。
各种服务存放在一个链表（svclist）中。
其中调用binder_等开头的函数，又会调用ioctl的各种命令。
处理BR_REPLY的时候，填充binder_io类型的数据结构。
1.3binder的库的部分
binder相关的文件作为Android的uitls库的一部分，这个库编译后的名称为libutils.so，是Android系统中的一个公共库。
主要文件的路径如下所示：
frameworks/base/include/utils/*
frameworks/base/libs/utils/*
主要的类为：
RefBase.h:
引用计数，定义类RefBase。
Parcel.h:
为在IPC中传输的数据定义容器，定义类Parcel
IBinder.h：
Binder对象的抽象接口，定义类IBinder
Binder.h：
Binder对象的基本功能，定义类Binder和BpRefBase
BpBinder.h：
BpBinder的功能，定义类BpBinder
IInterface.h：
为抽象经过Binder的接口定义通用类，定义类IInterface，类模板BnInterface，类模板BpInterface
ProcessState.h 表示进程状态的类，定义类ProcessState
IPCThreadState.h 表示IPC线程的状态，定义类IPCThreadState各个类之间的关系如下所示：
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在IInterface.h中定义的BnInterface和BpInterface是两个重要的模版，这是为各种程序中使用的。
BnInterface模版的定义如下所示：
template
classBnInterface:
publicINTERFACE,publicBBinder
{
public:
virtualsp queryLocalInterface（constString16&_descriptor）;
virtualString16 getInterfaceDescriptor（）const;
protected:
virtualIBinder* onAsBinder（）;
};
BnInterface模版的定义如下所示：
template
classBpInterface:
publicINTERFACE,publicBpRefBase
{
public:
BpInterface（constsp&remote）;
protected:
virtualIBinder* onAsBinder（）;
};
这两个模版在使用的时候，起到得作用实际上都是双继承：
使用者定义一个接口INTERFACE，然后使用BnInterface和BpInterface两个模版结合自己的接口，构建自己的BnXXX和BpXXX两个类。
DECLARE_META_INTERFACE和IMPLEMENT_META_INTERFACE两个宏用于帮助BpXXX类的实现：
#defineDECLARE_META_INTERFACE（INTERFACE） \
staticconstString16descriptor; \
staticspasInterface（constsp&obj）; \
virtualString16getInterfaceDescriptor（）const; \
#defineIMPLEMENT_META_INTERFACE（INTERFACE,NAME） \
constString16I##INTERFACE:
:
descriptor（NAME）; \
String16I##INTERFACE:
:
getInterfaceDescriptor（）const{ \
returnI##INTERFACE:
:
descriptor; \
} \
spI##INTERFACE:
:
asInterface（constsp&obj） \
{ \
spintr; \
if（obj!
=NULL）{ \
intr=static_cast（ \
obj->queryLocalInterface（ \
I##INTERFACE:
:
descriptor）.get（））; \
if（intr==NULL）{ \
intr=newBp##INTERFACE（obj）; \
} \
} \
returnintr; \
}
在定义自己的类的时候，只需要使用DECLARE_META_INTERFACE和IMPLEMENT_META_INTERFACE两个接口，并结合类的名称，就可以实现BpInterface中的asInterface（）和getInterfaceDescriptor（）两个函数。
第二部分Binder的运作
2.1Binder的工作机制
ServiceManager是一个守护进程，它负责启动各个进程之间的服务，对于相关的两个需要通讯的进程，它们通过调用libutil.so库实现通讯，而真正通讯的机制，是内核空间中的一块共享内存。
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2.2从应用程序的角度看Binder
从应用程序的角度看Binder一共有三个方面：
∙Native本地：
例如BnABC，这是一个需要被继承和实现的类。
Proxy代理：
例如BpABC，这是一个在接口框架中被实现，但是在接口中没有体现的类。
客户端：
例如客户端得到一个接口ABC，在调用的时候实际上被调用的是BpABC
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本地功能（Bn）部分做的：
实现BnABC:
:
BnTransact（）
注册服务：
IServiceManager：
：
AddService
代理部分（Bp）做的：
实现几个功能函数，调用BpABC:
:
remote（）->transact（）客户端做的：
获得ABC接口，然后调用接口（实际上调用了BpABC，继而通过IPC调用了BnABC，然后调用了具体的功能）
在程序的实现过程中BnABC和BpABC是双继承了接口ABC。
一般来说BpABC是一个实现类，这个实现类不需要在接口中体现，它实际上负责的只是通讯功能，不执行具体的功能；BnABC则是一个接口类，需要一个真正工作的类来继承、实现它，这个类才是真正执行具体功能的类。
在客户端中，从ISeriviceManager中获得一个ABC的接口，客户端调用这个接口，实际上是在调用BpABC，而BpABC又通过Binder的IPC机制和BnABC通讯，BnABC的实现类在后面执行。
事实上，服务器的具体实现和客户端是两个不同的进程，如果不考虑进程间通讯的过程，从调用者的角度，似乎客户端在直接调用另外一个进程间的函数——当然这个函数必须是接口ABC中定义的。
2.3ISericeManager的作用
ISericeManager涉及的两个文件是ISericeManager.h和ISericeManager.cpp。
这两个文件基本上是ISericeManager。
ISericeManager是系统最先被启动的服务。
非常值得注意的是：
ISericeManager本地功能并没有使现，它实际上由ServiceManager守护进程执行，而用户程序通过调用BpServiceManager来获得其他的服务。
在ISericeManager.h中定义了一个接口，用于得到默认的ISericeManager：
spdefaultServiceManager（）;
这时得到的ISericeManager实际上是一个全局的ISericeManager。
第三部分程序中Binder的具体实现
3.1一个利用接口的具体实现
PermissionController也是libutils中定义的一个有关权限控制的接口，它一共包含两个文件：
IPermissionController.h和IPermissionController.cpp这个结构在所有类的实现中都是类似的。
头文件IPermissionController.h的主要内容是定义IPermissionController接口和类BnPermissionController：
classIPermissionController:
publicIInterface
{
public:
DECLARE_META_INTERFACE（PermissionController）;
virtualbool checkPermission（constString16&permission,int32_tpid,int32_tuid）=0;
enum{
CHECK_PERMISSION_TRANSACTION=IBinder:
:
FIRST_CALL_TRANSACTION
};
};
classBnPermissionController:
publicBnInterface
{
public:
virtualstatus_t onTransact（uint32_tcode,
constParcel&data,
Parcel*reply,
uint32_tflags=0）;
};
IPermissionController是一个接口类，只有checkPermission（）一个纯虚函数。
BnPermissionController继承了以BnPermissionController实例化模版类BnInterface。
因此，BnPermissionController，事实上BnPermissionController双继承了BBinder和IPermissionController。
实现文件IPermissionController.cpp中，首先实现了一个BpPermissionController。
classBpPermissionController:
publicBpInterface
{
public:
BpPermissionController（constsp&impl）
:
BpInterface（impl）
{
}
virtualboolcheckPermission（constString16&permission,int32_tpid,int32_tuid）
{
Parceldata,reply;
data.writeInterfaceToken（IPermissionController:
:
getInterfaceDescriptor（））;
data.writeString16（permission）;
data.writeInt32（pid）;
data.writeInt32（uid）;
remote（）->transact（CHECK_PERMISSION_TRANSACTION,data,&reply）;
if（reply.readInt32（）!
=0）return0;
returnreply.readInt32（）!
=0;
}
};
IMPLEMENT_META_INTERFACE（PermissionController,"android.os.IPermissionController"）;
BpPermissionController继承了BpInterface，它本身是一个已经实现的类，而且并没有在接口中体现。
这个类按照格式写就可以，在实现checkPermission（）函数的过程中，使用Parcel作为传输数据的容器，传输中时候transact（）函数，其参数需要包含枚举值CHECK_PERMISSION_TRANSACTION。
IMPLEMENT_META_INTERFACE用于扶助生成。
BnPermissionController中实现的onTransact（）函数如下所示：
status_tBnPermissionController:
:
BnTransact（
uint32_tcode,constParcel&data,Parcel*reply,uint32_tflags）
{
switch（code）{
caseCHECK_PERMISSION_TRANSACTION:
{
CHECK_INTERFACE（IPermissionController,data,reply）;
String16permission=data.readString16（）;
int32_tpid=data.readInt32（）;
int32_tuid=data.readInt32（）;
boolres=checkPermission（permission,pid,uid）;
reply->writeInt32（0）
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