Android的IPC機(jī)制Binder的各個(gè)部分

goandroid

        第一部分Binder的組成
1.1
驅(qū)動(dòng)
程序部分驅(qū)動(dòng)程序的部分在以下的文件夾中：
kernel/include/linux/binder.h
kernel/drivers/android/binder.c

    binder驅(qū)動(dòng)程序是一個(gè)miscdevice，主設(shè)備號(hào)為10，此設(shè)備號(hào)使用動(dòng)態(tài)獲得（MISC_DYNAMIC_MINOR），其設(shè)備的節(jié)點(diǎn)為：
/dev/binder
    binder驅(qū)動(dòng)程序會(huì)在proc文件系統(tǒng)中建立自己的信息，其文件夾為/proc/binde，其中包含如下內(nèi)容：
proc目錄：調(diào)用Binder各個(gè)進(jìn)程的內(nèi)容
state文件：使用函數(shù)binder_read_proc_state
stats文件：使用函數(shù)binder_read_proc_stats
transactions文件：使用函數(shù)binder_read_proc_transactions
transaction_log文件：使用函數(shù)binder_read_proc_transaction_log，其參數(shù)為binder_transaction_log (類型為struct binder_transaction_log)
failed_transaction_log文件：使用函數(shù)binder_read_proc_transaction_log 其參數(shù)為
binder_transaction_log_failed (類型為struct binder_transaction_log)

    在binder文件被打開后，其私有數(shù)據(jù)（private_data）的類型：
struct binder_proc
    在這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，主要包含了當(dāng)前進(jìn)程、進(jìn)程ID、
內(nèi)存
映射信息、Binder的統(tǒng)計(jì)信息和線程信息等。
    在用戶空間對(duì)Binder驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行控制主要使用的接口是mmap、poll和ioctl，ioctl主要使用的ID為：
#define BINDER_WRITE_READ        _IOWR('b', 1, struct binder_write_read)
#define BINDER_SET_IDLE_TIMEOUT  _IOW('b', 3, int64_t)
#define BINDER_SET_MAX_THREADS   _IOW('b', 5, size_t)
#define BINDER_SET_IDLE_PRIORITY _IOW('b', 6, int)
#define BINDER_SET_CONTEXT_MGR   _IOW('b', 7, int)
#define BINDER_THREAD_EXIT       _IOW('b', 8, int)
#define BINDER_VERSION           _IOWR('b', 9, struct binder_version)
    BR_XXX等宏為BinderDriverReturnProtocol，表示Binder驅(qū)動(dòng)返回協(xié)議。
    BC_XXX等宏為BinderDriverCommandProtocol，表示Binder驅(qū)動(dòng)命令協(xié)議。
    binder_thread是Binder驅(qū)動(dòng)程序中使用的另外一個(gè)重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義如下所示：
struct binder_thread {
      struct binder_proc *proc;
     struct rb_node rb_node;
     int pid;
     int looper;
     struct binder_transaction *transaction_stack;
     struct list_head todo;
     uint32_t return_error;
     uint32_t return_error2;
     wait_queue_head_t wait;
     struct binder_stats stats;
};
    binder_thread 的各個(gè)成員信息是從rb_node中得出。
    BINDER_WRITE_READ是最重要的ioctl，它使用一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)binder_write_read定義讀寫的數(shù)據(jù)。
struct binder_write_read {
     signed long write_size;
     signed long write_consumed;
     unsigned long write_buffer;
     signed long read_size;
     signed long read_consumed;
     unsigned long read_buffer;
};

　　1.3 binder的庫(kù)的部分
    binder相關(guān)的文件作為Android的uitls庫(kù)的一部分，這個(gè)庫(kù)編譯后的名稱為libutils.so，是Android系統(tǒng)中的一個(gè)公共庫(kù)。
    主要文件的路徑如下所示：
frameworks/base/include/utils/*
frameworks/base/libs/utils/*
   
    主要的類為：
　　RefBase.h :
    引用計(jì)數(shù)，定義類RefBase。
　　Parcel.h :
    為在IPC中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)定義容器，定義類Parcel
　　IBinder.h：
    Binder對(duì)象的抽象接口， 定義類IBinder
　　Binder.h：
    Binder對(duì)象的基本功能， 定義類Binder和BpRefBase
　　BpBinder.h：
　　BpBinder的功能，定義類BpBinder
　　IInterface.h：
　　為抽象經(jīng)過Binder的接口定義通用類，
    定義類IInterface，類模板BnInterface，類模板BpInterface
　　ProcessState.h
    表示進(jìn)程狀態(tài)的類，定義類ProcessState
　　IPCThreadState.h
    表示IPC線程的狀態(tài)，定義類IPCThreadState
各個(gè)類之間的關(guān)系如下所示：



        1.2 servicemanager部分        servicemanager是一個(gè)守護(hù)進(jìn)程，用于這個(gè)進(jìn)程的和/dev/binder通訊，從而達(dá)到管理系統(tǒng)中各個(gè)服務(wù)的作用。
        可執(zhí)行程序的路徑：
        /system/bin/servicemanager        
開源版本文件的路徑：
frameworks/base/cmds/servicemanager/binder.h
frameworks/base/cmds/servicemanager/binder.c
frameworks/base/cmds/servicemanager/service_manager.c
       程序執(zhí)行的流程：

open()：打開binder驅(qū)動(dòng)

mmap()：映射一個(gè)128*1024字節(jié)的內(nèi)存

ioctl(BINDER_SET_CONTEXT_MGR)：設(shè)置上下文為mgr
       進(jìn)入主循環(huán)binder_loop()
             ioctl(BINDER_WRITE_READ)，讀取
                       binder_parse()進(jìn)入binder處理過程循環(huán)處理
         binder_parse()的處理，調(diào)用返回值：
        當(dāng)處理BR_TRANSACTION的時(shí)候，調(diào)用svcmgr_handler()處理增加服務(wù)、檢查服務(wù)等工作。各種服務(wù)存放在一個(gè)鏈表（svclist）中。其中調(diào)用binder_等開頭的函數(shù)，又會(huì)調(diào)用ioctl的各種命令。
        處理BR_REPLY的時(shí)候，填充binder_io類型的數(shù)據(jù)結(jié)
　　第二部分 Binder的運(yùn)作
　　2.1 Binder的工作機(jī)制
      Service Manager是一個(gè)守護(hù)進(jìn)程，它負(fù)責(zé)啟動(dòng)各個(gè)進(jìn)程之間的服務(wù)，對(duì)于相關(guān)的兩個(gè)需要通訊的進(jìn)程，它們通過調(diào)用libutil.so庫(kù)實(shí)現(xiàn)通訊，而真正通訊的機(jī)制，是內(nèi)核空間中的一塊共享
內(nèi)存
。
      

　　2.2 從應(yīng)　　用程序的角度看Binder

　　從應(yīng)用程序的角度看Binder一共有三個(gè)方面：
　　Native 本地：例如BnABC，這是一個(gè)需要被繼承和實(shí)現(xiàn)的類。
　　Proxy 代理：例如BpABC，這是一個(gè)在接口框架中被實(shí)現(xiàn)，但是在接口中沒有體現(xiàn)的類。
　　客戶端：例如客戶端得到一個(gè)接口ABC，在調(diào)用的時(shí)候?qū)嶋H上被調(diào)用的是BpABC

本地功能（Bn）部分做的：
    實(shí)現(xiàn)BnABC:: BnTransact()
    注冊(cè)服務(wù)：IServiceManager：：AddService
代理部分（Bp）做的：
    實(shí)現(xiàn)幾個(gè)功能函數(shù)，調(diào)用BpABC::remote()->transact()
客戶端做的：
    獲得ABC接口，然后調(diào)用接口（實(shí)際上調(diào)用了BpABC，繼而通過IPC調(diào)用了BnABC，然后調(diào)用了具體的功能）

       在程序的實(shí)現(xiàn)過程中BnABC和BpABC是雙繼承了接口ABC。一般來(lái)說(shuō)BpABC是一個(gè)實(shí)現(xiàn)類，這個(gè)實(shí)現(xiàn)類不需要在接口中體現(xiàn)，它實(shí)際上負(fù)責(zé)的只是通訊功能，不執(zhí)行具體的功能；BnABC則是一個(gè)接口類，需要一個(gè)真正工作的類來(lái)繼承、實(shí)現(xiàn)它，這個(gè)類才是真正執(zhí)行具體功能的類。
       在客戶端中，從ISeriviceManager中獲得一個(gè)ABC的接口，客戶端調(diào)用這個(gè)接口，實(shí)際上是在調(diào)用BpABC，而BpABC又通過Binder的IPC機(jī)制和BnABC通訊，BnABC的實(shí)現(xiàn)類在后面執(zhí)行。
　　事實(shí)上，
服務(wù)器
的具體實(shí)現(xiàn)和客戶端是兩個(gè)不同的進(jìn)程，如果不考慮進(jìn)程間通訊的過程，從調(diào)用者的角度，似乎客戶端在直接調(diào)用另外一個(gè)進(jìn)程間的函數(shù)——當(dāng)然這個(gè)函數(shù)必須是接口ABC中定義的。
　　2.3 ISericeManager的作用
      ISericeManager涉及的兩個(gè)文件是ISericeManager.h和ISericeManager.cpp。這兩個(gè)文件基本上是 ISericeManager。ISericeManager是系統(tǒng)最先被啟動(dòng)的服務(wù)。非常值得注意的是：ISericeManager本地功能并沒有使現(xiàn)，它實(shí)際上由ServiceManager守護(hù)進(jìn)程執(zhí)行，而用戶程序通過調(diào)用BpServiceManager來(lái)獲得其他的服務(wù)。
      在ISericeManager.h中定義了一個(gè)接口，用于得到默認(rèn)的ISericeManager：
        sp defaultServiceManager();
     這時(shí)得到的ISericeManager實(shí)際上是一個(gè)全局的ISericeManager
　　第三部分 程序中Binder的具體實(shí)現(xiàn)
　　3.1 一個(gè)利用接口的具體實(shí)現(xiàn)
    PermissionController也是libutils中定義的一個(gè)有關(guān)權(quán)限控制的接口，它一共包含兩個(gè)文件：IPermissionController.h和IPermissionController.cpp這個(gè)結(jié)構(gòu)在所有類的實(shí)現(xiàn)中都是類似的。
     頭文件IPermissionController.h的主要內(nèi)容是定義IPermissionController接口和類BnPermissionController：
class IPermissionController : public IInterface
{
public:
    DECLARE_META_INTERFACE(PermissionController);
    virtual bool   checkPermission(const String16& permission,int32_t pid, int32_t uid) = 0;
    enum {
        CHECK_PERMISSION_TRANSACTION = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION
    };
};
class BnPermissionController : public BnInterface
{
public:
    virtual status_t    onTransact( uint32_t code,
                                    const Parcel& data,
                                    Parcel* reply,
                                    uint32_t flags = 0);
};
    IPermissionController是一個(gè)接口類，只有checkPermission()一個(gè)純虛函數(shù)。
    BnPermissionController繼承了以BnPermissionController實(shí)例化模版類BnInterface。因此，BnPermissionController，事實(shí)上BnPermissionController雙繼承了BBinder和 IPermissionController。
    實(shí)現(xiàn)文件IPermissionController.cpp中，首先實(shí)現(xiàn)了一個(gè)BpPermissionController。
class BpPermissionController : public BpInterface
{
public:
    BpPermissionController(const sp& impl)
        : BpInterface(impl)
    {
    }
    virtual bool checkPermission(const String16& permission, int32_t pid, int32_t uid)
    {
        Parcel data, 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) return 0;
        return reply.readInt32() != 0;
    }
};
IMPLEMENT_META_INTERFACE(PermissionController, "android.os.IPermissionController");

    BpPermissionController繼承了BpInterface，它本身是一個(gè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的類，而且并沒有在接口中體現(xiàn)。這個(gè)類按照格式寫就可以，在實(shí)現(xiàn)checkPermission()函數(shù)的過程中，使用Parcel作為傳輸數(shù)據(jù)的容器，傳輸中時(shí)候transact()函數(shù)，其參數(shù)需要包含枚舉值CHECK_PERMISSION_TRANSACTION。 IMPLEMENT_META_INTERFACE用于扶助生成。
    BnPermissionController中實(shí)現(xiàn)的onTransact()函數(shù)如下所示：
status_t BnPermissionController:: BnTransact(
    uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)
{
    switch(code) {
        case CHECK_PERMISSION_TRANSACTION: {
            CHECK_INTERFACE(IPermissionController, data, reply);
            String16 permission = data.readString16();
            int32_t pid = data.readInt32();
            int32_t uid = data.readInt32();
            bool res = checkPermission(permission, pid, uid);
            reply->writeInt32(0);
            reply->writeInt32(res ? 1 : 0);
            return NO_ERROR;
        } break;
        default:
            return BBinder:: BnTransact(code, data, reply, flags);
    }
}
       在onTransact()函數(shù)中根據(jù)枚舉值判斷數(shù)據(jù)使用的方式。注意，由于BnPermissionController也是繼承了類 IPermissionController，但是純虛函數(shù)checkPermission()依然沒有實(shí)現(xiàn)。因此這個(gè) BnPermissionController類并不能實(shí)例化，它其實(shí)也還是一個(gè)接口，需要一個(gè)實(shí)現(xiàn)類來(lái)繼承它，那才是實(shí)現(xiàn)具體功能的類。
　　3.2 BnABC的實(shí)現(xiàn)
    本地服務(wù)啟動(dòng)后將形成一個(gè)守護(hù)進(jìn)程，具體的本地服務(wù)是由一個(gè)實(shí)現(xiàn)類繼承BnABC來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這個(gè)服務(wù)的名稱通常叫做ABC。
    在其中，通常包含了一個(gè)instantiate()函數(shù)，這個(gè)函數(shù)一般按照如下的方式實(shí)現(xiàn)：
void ABC::instantiate() {
    defaultServiceManager()->addService(
            String16("XXX.ABC"), new ABC ());
}
    按照這種方式，通過調(diào)用defaultServiceManager()函數(shù)，將增加一個(gè)名為"XXX.ABC"的服務(wù)。
    在這個(gè)defaultServiceManager()函數(shù)中調(diào)用了：
ProcessState::self()->getContextObject(NULL));
    IPCThreadState* ipc = IPCThreadState::self();
   IPCThreadState::talkWithDriver()
在ProcessState 類建立的過程中調(diào)用open_driver()打開
驅(qū)動(dòng)
程序，在talkWithDriver()的執(zhí)行過程中。
　　3.3 BpABC調(diào)用的實(shí)現(xiàn)
    BpABC調(diào)用的過程主要通過mRemote()->transact() 來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，mRemote()是BpRefBase的成員，它是一個(gè)IBinder。這個(gè)調(diào)用過程如下所示：
    mRemote()->transact()
    Process::self()
    IPCThreadState::self()->transact()
    writeTransactionData()
    waitForResponse()
    talkWithDriver()
    ioctl(fd, BINDER_WRITE_READ, &bwr)
    在IPCThreadState::executeCommand()函數(shù)中，實(shí)現(xiàn)傳輸操作


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