Binder基本概念流程学习
一 Media Service进程启动
Init.rc中描述的service对应linux 的进程：
Media进程定义：
service media /system/bin/mediaserver
class main
user media
group audio camera inet net_bt net_bt_admin net_bw_acct drmrpc
ioprio rt 4
servicemanager 进程定义：
service servicemanager /system/bin/servicemanager
class core
user system
group system
Media中有很多Native Service（AudioFlinger MediaPlayerService CameraService
AudioPolicyService等），整个Android（native或者framework）的Service都需要加入
servicemanager中进行统一管理。
那么Media Process 与ServiceManager Process是如何进行通信的呢——Binder.
通过Media Process中使用binder进行完成IPC过程，学习Binder的概念和使用方法。
\frameworks\av\media\mediaserver\ main_mediaserver.cpp：
int main(int argc, char** argv)
{
//创建ProcessState 当前进程属性
sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());
//IServiceManager对象
sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
//初始化MediaPlayerService服务对象
MediaPlayerService::instantiate();
……
//启动进程的线程池
ProcessState::self()->startThreadPool();
//执行线程消息循环
IPCThreadState::self()->joinThreadPool();
}
Sp：指针运算符和普通运算符的重载 StrongPointer。
二 Media Process执行过程
1 ProcessState对象创建
当前进程的状态属性，对象创建：
sp<ProcessState> ProcessState::self()
{
Mutex::Autolock _l(gProcessMutex);
if (gProcess != NULL) {
return gProcess;
}
gProcess = new ProcessState;
return gProcess;
}
ProcessState构造函数：
ProcessState::ProcessState()
: mDriverFD(open_driver()) //打开binder驱动设备
, mVMStart(MAP_FAILED)
, mManagesContexts(false)
, mBinderContextCheckFunc(NULL)
, mBinderContextUserData(NULL)
, mThreadPoolStarted(false)
, mThreadPoolSeq(1)
{
if (mDriverFD >= 0) {
//将binder的fd映射到当前进程虚拟空间地址中 与binder进行交互
mVMStart = mmap(0, BINDER_VM_SIZE, PROT_READ,
MAP_PRIVATE | MAP_NORESERVE, mDriverFD, 0);
}
}
打开binder设备：
static int open_driver()
{
//打开binder设备驱动
int fd = open("/dev/binder", O_RDWR);
if (fd >= 0) {
//bidner最大支持线程数
size_t maxThreads = 15;
result = ioctl(fd, BINDER_SET_MAX_THREADS, &maxThreads);
}
return fd;
}
ProcessState对象创建过程所做的事：
打开/dev/binder设备，得到binder设备的fd；
将bidner设备fd映射到当前进程虚拟地址空间建立交互的通道；
2 IServiceManager对象创建
sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
为什么需要一个IServiceManager对象呢，这个类是个抽象提供接口
class IServiceManager : public IInterface
{
virtual sp<IBinder> getService( const String16& name) const = 0;
virtual status_t addService( const String16& name,
const sp<IBinder>& service,
bool allowIsolated = false) = 0;
……
};
通过IServiceManager派生对象操作将Service加入到ServiceManager中.
defaultServiceManager()函数：
sp<IServiceManager> defaultServiceManager()
{
//单例对象
if (gDefaultServiceManager != NULL)
return gDefaultServiceManager;
AutoMutex _l(gDefaultServiceManagerLock);
if (gDefaultServiceManager == NULL) {
//创建对象
gDefaultServiceManager = interface_cast<IServiceManager>(
ProcessState::self()->getContextObject(NULL));
}
return gDefaultServiceManager;
}
ProcessState::self()->getContextObject(NULL)：得到一个IBinder对象
ProcessState::self()刚才所创建的ProcessState对象。
sp<IBinder> ProcessState::getContextObject(const sp<IBinder>& caller)
{
return getStrongProxyForHandle(0);
}
sp<IBinder> ProcessState::getStrongProxyForHandle(int32_t handle)
{
sp<IBinder> result;
AutoMutex _l(mLock);
//从表中查询一个handle对应的handle_entry
//若没有则创建一个 handle == 0
handle_entry* e = lookupHandleLocked(handle);
if (e != NULL) {
IBinder* b = e->binder;
if (b == NULL || !e->refs->attemptIncWeak(this)) {
//handle_entry对象成员初始化 创建handle=0的BpBinder
b = new BpBinder(handle);
e->binder = b;
if (b) e->refs = b->getWeakRefs();
result = b;
}
}
return result;
}
handle_entry是什么呢？
struct handle_entry { IBinder* binder; RefBase::weakref_type* refs; };
也就是说ProcessState 有一个表Vector<handle_entry>mHandleToObject;
表里面的每一项存储了一个binder，每一个binder对应一个handle。
Handle = 0是什么，句柄？ 代表谁的句柄——ServiceManager在binder中的资源。
从ProcessState::self()->getContextObject(NULL)得到一个 IBinder——BpBinder(0);
于是得到：
gDefaultServiceManager = interface_cast<IServiceManager>(BpBinder(0))；
使用interface_cast将IBinder实例转化成IServiceManager实例。
3 interface_cast函数
\frameworks\native\include\binder\IInterface.h：
interface_cast是个内联模板函数：
template<typename INTERFACE>
inline sp<INTERFACE> interface_cast(const sp<IBinder>& obj)
{
return INTERFACE::asInterface(obj);
}
结合前面就是：
inline sp<IServiceManager> interface_cast(const sp<IBinder>& obj)
{
return IServiceManager::asInterface(obj);
}
所以需要到IServiceManager里面去看看是如何实现的
4 IServiceManager类
\frameworks\native\include\binder\IServiceManager.h：
IServiceManager是一个抽象类：
class IServiceManager : public IInterface
{
public:
//宏声明
DECLARE_META_INTERFACE(ServiceManager);
virtual sp<IBinder> getService( const String16& name) const = 0;
virtual status_t addService( const String16& name,
const sp<IBinder>& service,
bool allowIsolated = false) = 0;
……
}
DECLARE_META_INTERFACE声明：
#define DECLARE_META_INTERFACE(INTERFACE) \
static const android::String16 descriptor; \
static android::sp<I##INTERFACE> asInterface( \
const android::sp<android::IBinder>& obj); \
virtual const android::String16& getInterfaceDescriptor() const; \
I##INTERFACE(); \
virtual ~I##INTERFACE(); \
替换成IServiceManager：
//实现时传入：android.os.IServiceManager
static const android::String16 descriptor;
static android::sp<IServiceManager> asInterface(
const android::sp<android::IBinder>& obj);
virtual const android::String16& getInterfaceDescriptor() const;
//构造析构函数
IServiceManager();
virtual ~IServiceManager();
实现\frameworks\native\include\binder\IServiceManager.cpp：
IMPLEMENT_META_INTERFACE(ServiceManager, "android.os.IServiceManager");
IMPLEMENT_META_INTERFACE实现：
看一下asInterface接口：
#define IMPLEMENT_META_INTERFACE(INTERFACE, NAME) \ android::sp<I##INTERFACE> I##INTERFACE::asInterface( \ const android::sp<android::IBinder>& obj) \ { \ android::sp<I##INTERFACE> intr; \ if (obj != NULL) { \ intr = static_cast<I##INTERFACE*>( \ obj->queryLocalInterface( \ I##INTERFACE::descriptor).get()); \ if (intr == NULL) { \ intr = new Bp##INTERFACE(obj); \ } \ } \ return intr; \ } \
替换成IServiceManager:
android::sp<IServiceManager> IServiceManager::asInterface(
const android::sp<android::IBinder>& obj)
{
//obj BpBinder实例
android::sp<IServiceManager> intr;
if (obj != NULL) {
//返回NULL
intr = static_cast<IServiceManager*>(
obj->queryLocalInterface(
IServiceManager::descriptor).get());
if (intr == NULL) {
intr = new BpServiceManager(obj);
}
}
return intr;
}
这里得到IServiceManager 实例：
BpServiceManager：new BpServiceManager（new BpBinder（0））；
5 BpServiceManager 和 BpInterface类
\frameworks\native\libs\binder\ IServiceManager.cpp：BpServiceManager
class BpServiceManager : public BpInterface<IServiceManager>
{
public:
//impl就是 new BpBinder（0）
BpServiceManager(const sp<IBinder>& impl)
: BpInterface<IServiceManager>(impl)
{
}
virtual sp<IBinder> checkService(const String16& name) const
{
……
remote()->transact(CHECK_SERVICE_TRANSACTION, data, &reply);
}
virtual status_t addService(const String16& name, const sp<IBinder>& service,
bool allowIsolated)
{
……
remote()->transact(ADD_SERVICE_TRANSACTION, data, &reply);
}
}
\frameworks\native\include\binder\ IInterface.h：模板类BpInterface
template<typename INTERFACE>
class BpInterface : public INTERFACE, public BpRefBase // INTERFACE IServiceManager
{
public:
BpInterface(const sp<IBinder>& remote);
protected:
virtual IBinder* onAsBinder();
};
BpInterface构造函数：
template<typename INTERFACE>
inline BpInterface<INTERFACE>::BpInterface(const sp<IBinder>& remote)
: BpRefBase(remote)
{
}
BpRefBase构造函数：
BpRefBase::BpRefBase(const sp<IBinder>& o)
: mRemote(o.get()), mRefs(NULL), mState(0)
{
// IBinder mRemote 指向 o.get() ：new BpBinder（0）
}
gDefaultServiceManager = interface_cast<IServiceManager>(BpBinder(0))；
实际为：
gDefaultServiceManager = new BpServiceManager（new BpBinder（0））；
Bn代表Binder Native Bp代表Binder Proxy
BpServiceManager代理的BpBinder实例 BpBinder代理的handle（0）
这个关系有些复杂，看一下类继承结构图：
上面这个结构看起来感觉很熟悉——Bridge模式。将Binder数据交互和功能处理桥接起来。
在Media Process 的main函数中通过：
sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
我们得到了sm：是BpServiceManager对象。
三 MediaPlayerService加入到ServiceManager中
回到main函数中：
int main(int argc, char** argv)
{
//创建ProcessState 当前进程属性
sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());
//IServiceManager对象
sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
//初始化MediaPlayerService服务对象
MediaPlayerService::instantiate(); //执行到这里
……
//启动进程的线程池
ProcessState::self()->startThreadPool();
//执行线程消息循环
IPCThreadState::self()->joinThreadPool();
}
1 MediaPlayerService初始化过程
void MediaPlayerService::instantiate() {
// defaultServiceManager就是上面所述得到的BpServiceManager对象
defaultServiceManager()->addService(
String16("media.player"), new MediaPlayerService());
}
BpServiceManager添加Service：
virtual status_t addService(const String16& name, const sp<IBinder>& service,
bool allowIsolated)
{
//生成数据包Parcel
Parcel data, reply;
// Write RPC headers 写入Interface名字 得到“android.os.IServiceManager”
data.writeInterfaceToken(IServiceManager::getInterfaceDescriptor());
//写入Service名字 “media.player”
data.writeString16(name);
//写入服务
data.writeStrongBinder(service);
data.writeInt32(allowIsolated ? 1 : 0);
// remote()返回BpBinder对象
status_t err = remote()->transact(ADD_SERVICE_TRANSACTION, data, &reply);
return err == NO_ERROR ? reply.readExceptionCode() : err;
}
remote()->transact 到BpBinder中：
status_t BpBinder::transact(uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)
{
if (mAlive) {
//到当前进程IPCThreadState中 mHandle=0
status_t status = IPCThreadState::self()->transact(
mHandle, code, data, reply, flags);
if (status == DEAD_OBJECT) mAlive = 0;
return status;
}
return DEAD_OBJECT;
}
2 IPCThreadState中写入数据到Binder设备过程
IPCThreadState::self()->transact过程：
status_t IPCThreadState::transact(int32_t handle,
uint32_t code, const Parcel& data,
Parcel* reply, uint32_t flags)
{
status_t err = data.errorCheck();
flags |= TF_ACCEPT_FDS;
//将数据转化成binder_transaction_data 写入到Parcel实例mOut中
err = writeTransactionData(BC_TRANSACTION, flags, handle, code, data, NULL);
//写入数据
err = waitForResponse(reply);
return err;
}
status_t IPCThreadState::waitForResponse(Parcel *reply, status_t *acquireResult)
{
while (1) {
//将数据写入到Binder设备中
talkWithDriver();
……
}
return err;
}
status_t IPCThreadState::talkWithDriver(bool doReceive)
{
//将数据封装成binder_write_read结构
binder_write_read bwr;
do {
//将数据写入到所打开的Binder设备中
ioctl(mProcess->mDriverFD, BINDER_WRITE_READ, &bwr)
……
} while (err == -EINTR);
return NO_ERROR;
}
将MediaPlayerService加入到ServiceManager中，
这里就通过BpServiceManager的AddService将数据写入到Binder设备传递给ServiceManager。
继续Media Process过程
四 Media Process消息循环
int main(int argc, char** argv)
{
//启动进程的线程池
ProcessState::self()->startThreadPool(); //走到了这里
//执行线程消息循环
IPCThreadState::self()->joinThreadPool();
}
1 创建工作者线程
startThreadPool：\frameworks\native\libs\binder\ ProcessState.cpp：
void ProcessState::startThreadPool()
{
spawnPooledThread(true);
}
void ProcessState::spawnPooledThread(bool isMain)
{
//创建PoolThread对象 并run ，非线程
sp<Thread> t = new PoolThread(isMain);
t->run(buf);
}
PoolThread继承Thread
执行Thread的run函数：
status_t Thread::run(const char* name, int32_t priority, size_t stack)
{
//创建线程mThread _threadLoop
bool res;
res = createThreadEtc(_threadLoop,
this, name, priority, stack, &mThread);
return NO_ERROR;
}
现在有两个线程：主线程和mThread线程
mThread线程执行：_threadLoop
int Thread::_threadLoop(void* user)
{
Thread* const self = static_cast<Thread*>(user);
do {
//调用子类的threadLoop
result = self->threadLoop();
……
} while(strong != 0);
return 0;
}
class PoolThread : public Thread
{
protected:
virtual bool threadLoop()
{
IPCThreadState::self()->joinThreadPool(mIsMain);
return false;
}
};
2 进程间通信消息循环过程
消息循环：
void IPCThreadState::joinThreadPool(bool isMain)
{
mOut.writeInt32(isMain ? BC_ENTER_LOOPER : BC_REGISTER_LOOPER);
status_t result;
//消息循环
do {
int32_t cmd;
//从binder设备中读取命令
result = talkWithDriver();
if (result >= NO_ERROR) {
cmd = mIn.readInt32();
//执行命令
result = executeCommand(cmd);
}
……
} while (result != -ECONNREFUSED && result != -EBADF);
mOut.writeInt32(BC_EXIT_LOOPER);
talkWithDriver(false);
}
命令执行：
status_t IPCThreadState::executeCommand(int32_t cmd)
{
BBinder* obj;
RefBase::weakref_type* refs;
switch (cmd) {
case BR_DECREFS:
break;
case BR_ATTEMPT_ACQUIRE:
break;
case BR_TRANSACTION:
binder_transaction_data tr;
result = mIn.read(&tr, sizeof(tr));
if (tr.target.ptr) {
//将目标对象转化成BBinder
sp<BBinder> b((BBinder*)tr.cookie);
//调用BBinder的transact 函数
const status_t error = b->transact(tr.code, buffer, &reply, tr.flags);
}
break;
……
default:
}
return result;
}
binder_transaction_data.cookie：target object cookie目标对象，这个target object是指那个呢？
在Media Process里面有几个Service：AudioFlinger、MediaPlayerService、CameraService等。
这个目标是这其中Service中的一个，假设目标对象为为MediaPlayerService，那为何要转化成BBinder呢？
3 Service对命令的处理
线程从binder接收到消息命令，将命令传递给Service处理。将目标对象转化成BBinder，然后调度此命令；
命令从远端传递到本地端进行处理，每个Service都对应BnXXX对象来处理远端BpXXX传来的命令。
sp<BBinder> b((BBinder*)tr.cookie);
const status_t error = b->transact(tr.code, buffer, &reply, tr.flags);
这里b代表某个Service：假设为MediaPlayerService；弄清楚执行过程，要弄清楚类继承关系。
本地端BnMediaPlayerService消息处理过程：真正的对象是MediaPlayerService实例。
从BBinder ->transact开始传递：
status_t BBinder::transact(uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)
{
//onTransact是个virtual函数 派生类BnMediaPlayerService重写
err = onTransact(code, data, reply, flags);
return err;
}
status_t BnMediaPlayerService::onTransact(
uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)
{
switch (code) {
case CREATE: {
pid_t pid = data.readInt32();
sp<IMediaPlayerClient> client =
interface_cast<IMediaPlayerClient>(data.readStrongBinder());
//create是个virtual函数 派生类MediaPlayerService重写
sp<IMediaPlayer> player = create(pid, client, audioSessionId);
//创建player写入到数据包中 传回
reply->writeStrongBinder(player->asBinder());
return NO_ERROR;
} break;
……
default:
return BBinder::onTransact(code, data, reply, flags);
}
}
可以看看Client类继承关系结构图：
看到这个跟上面的MediaPlayerService继承关系非常的相似，
这个结构也非常的熟悉——Adapter模式；将binder消息交互和命令处理适配到一起。
五 Client端与Service端交互
Client对Service进行使用Binder通信，是得到一个Service BnXXX端对象的代理，在Client 为BpXXX代理，
然后使用此代理进行相关的操作. 前面在使用ServiceManager就是此种方式进行。
实际上通信的基础是Binder，Proxy不过是在Binder上进行了一层封装，封装了对binder驱动的底层操作，使具有面向对象的特性。
任意两个进程通过Binder进行通信，就是先得到另一个进程的binder标识，通过此binder进行数据交换。
1 新增加一个服务
看下面media Palyer类继承结构。
实现Bn端类继承结构：
实现Bp端类继承结构：
可以看到 ：
- 需要定义服务公共接口IMediaPlayerService；
- 实现服务Bn端 派发消息BnMediaPlayerService；
- 实现服务的命令处理MediaPlayerService；
- 实现服务代理BpMediaPlayerService；
2 Client获取Service服务
Native Service以及framework Service都是加入到ServiceManger中，
不管native端还是Framework端得Service 其实都是要满足上面远程对象代理结构。
native端获取service：
//获取ServiceManager的代理对象
sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
//通过ServiceManager获取media Service binder
binder = sm->getService(String16("media.player"));
//将binder封装 构造media Service代理对象 BpMediaPlayerService
sMediaPlayerService = interface_cast<IMediaPlayerService>(binder);
framework层的service，借助AIDL文件，实现跨进程的通信：
所有framework端service想要作为公共的服务，被别的应用程序调用，都要实现AIDL文件，服务要继承该AIDL文件内部类Stub。
其实AIDL文件是对Framework中service作为进程通信的框架的封装，系统自动生成中间需要的代码和步骤，统一结构：还是binder代理，服务代理。
下面看看PowerManagerService实现。
PowerManagerService服务：
\frameworks\base\services\java\com\android\server\PowerManagerService.java
public class PowerManagerService extends IPowerManager.Stub……
{
public void goToSleep(long time){
……
}
}；
AIDL文件：\frameworks\base\core\java\android\os\IPowerManager.aidl
interface IPowerManager
{
void goToSleep(long time);
……
}
AIDL对应的Java文件：
AIDL会自动生成一个对应的Java的interface文件，看看这个接口文件。
AIDL自动生成对应java文件位置：\out\target\common\obj\JAVA_LIBRARIES\framework_intermediates\src\core\java\android\os
public interface IPowerManager extends android.os.IInterface {
//IPowerManager 内部类 Stub
public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements
android.os.IPowerManager {
public static android.os.IPowerManager asInterface(
android.os.IBinder obj)
{
//生成一个Proxy对象
return new android.os.IPowerManager.Stub.Proxy(obj);
}
public android.os.IBinder asBinder() {
return this;
}
@Override
public boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data,
android.os.Parcel reply, int flags)
{
switch (code) {
case TRANSACTION_goToSleep：
this.goToSleep(_arg0);
return true;
……
}
}
//Stub内部类Proxy
private static class Proxy implements android.os.IPowerManager {
private android.os.IBinder mRemote;
Proxy(android.os.IBinder remote) {
mRemote = remote;
}
public void goToSleep(long time)
{
//将数据打包成Parcel
android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
_data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
_data.writeLong(time);
//传输数据到binder 到相关的Service 进程
// IPCThreadState::transact方法中完成
mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_goToSleep, _data, _reply,0);
_reply.readException();
}
}
}
//goToSleep接口对应的ID
static final int TRANSACTION_goToSleep = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 2);
//接口
public void goToSleep(long time);
}
看下其中类结构：
AIDL自动生成对应的java文件，将结构过程进行了统一，自动生成中间代码。
Application获取用Service：
IPowerManager m mPowerManagerService;
//获取service的bingder
IBinder binder = ServiceManager.getService("power")；
//创建service代理对象
mPowerManagerService = IPowerManager.Stub.asInterface(binder);
//调用接口
mPowerManagerService.goToSleep();
Native Service和 Framework Service结构方式基本一致的。
进程间通信Linux系统已经提供了很多方式，比如Socket，为什么Android非要另辟蹊径，设计了Binder呢？
可以阅读一下：http://www.cnblogs.com/bastard/archive/2012/10/17/2728155.html
Game Over ！
参考文档：
http://www.cnblogs.com/innost/archive/2011/01/09/1931456.html
http://blog.csdn.net/maxleng/article/details/5490770
注：
“我们其实还一部分没有研究，就是同一个进程之间的对象传递与远程传递是区别的。同一个进程间专递服务地和对象，
就没有代理BpBinder产生，而只是对象的直接应用了。应用程序并不知道数据是在同一进程间传递还是不同进程间传递，
这个只有内核中的Binder知道，所以内核Binder驱动可以将Binder对象数据类型从BINDER_TYPE_BINDER修改为
BINDER_TYPE_HANDLE或者BINDER_TYPE_WEAK_HANDLE作为引用传递。” ——来自上述地址
这个可以看到在SystemServer运行的Service之间使用时，直接转化成了对应的对象，而不是通过代理。
