Android内幕：Binder驱动的原理和实现

Android内幕：Binder驱动的原理和实现

　　帮客之家Android频道通过上一节Android的IPC机制-Binder的介绍，大家应该对Binder有了基本的认识了。任何上层应用程序接口和用户操作都需要底层硬件设备驱动的支持，并为其提供各种操作接口。本节首先从Binder的驱动实现入手，分析其原理和它提供给用户层使用的接口。

　　一、Binder驱动的原理

　　为了完成进程间通信，Binder采用了AIDL(Android Interface Definition Language)来描述进程间的接口。在实际的实现中，Binder是作为一个特殊的字符型设备而存在的，设备节点为/dev/binder，其实现遵循Linux设备驱动模型，实现代码主要涉及以下文件：

　　kernel/drivers/staging/binder.h

　　kernel/drivers/staging/binder.c

　　在其驱动的实现过程中，主要通过binder_ioctl函数与用户空间的进程交换数据。BINDER_WRITE_READ用来读写数据，数据包中有一个cmd域用于区分不同的请求。binder_thread_write函数用于发送请求或返回结果，而binder_thread_read函数则用于读取结果。在binder_thread_write函数中调用binder_transaction函数来转发请求并返回结果。当收到请求时，binder_transaction函数会通过对象的handle找到对象所在的进程，如果handle为空，就认为对象是context_mgr，把请求发给context_mgr所在的进程。请求中所有的Binder对象全部放到一个RB树中，最后把请求放到目标进程的队列中，等待目标进程读取。数据的解析工作放在binder_parse()中实现;关于如何生成context_mgr，内核中提供了BINDER_SET_CONTEXT_ MGR命令来完成此项功能。下面我们就来看看Binder驱动究竟是如何实现的。

　　二、Binder驱动的实现

　　上面我们已经对Binder驱动的原理进行了分析，在开始分析驱动的实现之前，我们还是通过一个例子来说明Binder在实际应用中应该如何运用，以及它能帮我们解决什么样的问题。这样会更容易帮助大家理解Binder驱动的实现。比如，A进程如果要使用B进程的服务，B进程首先要注册此服务，A进程通过Binder获取该服务的hanlde，通过这个handle，A进程就可以使用该服务了。此外，你可以把handle理解成地址。A进程使用B进程的服务还意味着二者遵循相同的协议，这个协议反映在代码上就是二者要实现IBinder接口。

　　1.“对象”与“引用”

　　Binder不仅是Android系统中的一个完善的IPC机制，它也可以被当作Android系统的一种RPC(远程过程调用)机制，因为Binder的功能就是在本地“执行”其他进程的功能。因此，进程在通过Binder获取将要调用的进程服务时，可以是一个本地对象，也可以是一个远程服务的“引用”。这一点可能比较难以理解，稍候就会为大家分析，这里就先记住Binder不仅可以与本地进程通信，还可以与远程进程通信;这里的本地进程就是我们所说的本地对象，而远程进程则是我们所说的远程服务的一个“引用” 。[1]

　　Binder的实质就是要把对象从一个进程映射到另一个进程中，而不管这个对象是本地的还是远程的。如果是本地对象，更好理解;如果是远程对象，就按照我们上面所讲的来理解，即将远程对象的“引用”从一个进程映射到另一个进程中，于是当使用这个远程对象时，实际上就是使用远程对象在本地的一个“引用”，类似于把这个远程对象当作一个本地对象在使用。这也就是Binder与其他IPC机制不同的地方。

　　这个本地“对象”与远程对象的“引用”有什么不同呢?本地“对象”表示本地进程的地址空间的一个地址，而远程对象的“引用”则是一个抽象的32位句柄。它们之间是互斥的：所有的进程本地对象都是本地进程的一个地址(address、ptr、binder)，所有的远程进程的对象的“引用”都是一个句柄。对于发送者进程来说，不管是“对象”还是“引用”，它都会认为被发送的Binder对象是一个远程对象的句柄(即远程对象的“引用”)。但是，当Binder对象的数据被发送到远端接收进程时，远端接收进程则会认为该Binder对象是一个本地对象地址(即本地对象)。正如我们之前说的，当Binder对象被接收进程接收后，不管该Binder对象是本地的还是远程的，它都会被当作一个本地进程来处理。因此，从第三方的角度来说，尽管名称不同，对于一次完整的Binder调用，都将指向同一个对象，Binder驱动则负责两种不同名称的对象的正确映射，这样才能把数据发送给正确的进程进行通信。这个映射关系也是进程间引用对象的基础，对一个对象的引用，在远程是句柄，在本地则是地址(即本地对象的地址)。

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