Android开发：IBinder对象在进程间传递的形式


命题   

    当service经常被远程调用时，我们常常用到aidl来定一个接口供service和client来使用，这个其实就是使用Binder机制的IPC通信。当client bind service成功之后，系统AM会调用回调函数onServiceConnected将service的IBinder传递给client， client再通过调用aidl生成的asInterface()方法获得service的调用接口，此时一个bind过程结束了，我们在client端就可以远程调用service的方法了。例如

  1. public void onServiceConnected(ComponentName className,  
  2.         IBinder service) {  
  3.     mSecondaryService = ISecondary.Stub.asInterface(service);  
  4. }  

    我们再看aidl生成的asInterface()的定义

  1. public static com.example.Android.apis.app.ISecondary asInterface(android.os.IBinder obj)  
  2. {  
  3. if ((obj==null)) {  
  4. return null;  
  5. }  
  6. android.os.IInterface iin = (android.os.IInterface)obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);  
  7. if (((iin!=null)&&(iin instanceof com.example.android.apis.app.ISecondary))) {  
  8. return ((com.example.android.apis.app.ISecondary)iin);  
  9. }  
  10. return new com.example.android.apis.app.ISecondary.Stub.Proxy(obj);  
  11. }  

    首先，asInterface()会去query传入的IBinder对象是否有LocalInterface,这里的LocalInterface是指传入的IBinder是service本身的引用还是代理。
    1.当asInterface的输入的IBinder为server的引用(Binder类型)时，则直接返回该引用，那么此时调用server的方法不为IPC通信，而是直接的函数调用；
    2.当asInterface的输入的IBinder为server的代理(BinderProxy类型)时，则需要创建该server的代理并返回，此时调用server的方法为IPC通信。

    那么以上两种情况发生的条件是什么呢？这里我们先给出答案，然后再深入到代码中去研究2种不同的情况。
    1.当client和service处在相同进程中的话，asInterface的输入的IBinder为server的引用时；
    2.当client和service处在不同进程中的话，asInterface的输入的IBinder为server的代理。

在研究上述实现代码之前，我们先介绍一下IBinder作为参数使用IPC进程间传递时的状态变化，其实这个就是我们本篇文章的核心内容，理解了这个机制，我们就会很容易理解我们上述的那个命题的原理了。


    模型


    IBinder作为参数在IPC通信中进行传递，可能会使某些人困惑，IBinder不就是IPC通信的媒介吗？怎么还会被作为参数来传递呢，这样理解就有点狭隘了，拿native层的IPC来说，client从SM(service manager)中获取service端的Interface，这个Interface同时也是IBinder类型，当C/S两端需要双工通信时，即所谓的Service端需要反过来调用Client端的方法时，就需要client通过前述的那个Interface将Client端的IBinder传递给Service。
    拿Java应用层的Service来说更是如此，如本文的这个命题，下面我们会分析，首先来介绍原理性的知识。
    Binder IPC通信中，Binder是通信的媒介，Parcel是通信的内容。方法远程调用过程中，其参数都被打包成Parcel的形式来传递的。IBinder对象也不例外，我们看一下Parcel类中的writeStrongBinder()(由于java层和native层的方法是相对应的，java层只是native的封装，因此我们只需要看native的即可),

  1. status_t Parcel::writeStrongBinder(const sp<IBinder>& val)  
  2. {  
  3.     return flatten_binder(ProcessState::self(), val, this);  
  4. }  
 
  1. status_t flatten_binder(const sp<ProcessState>& proc,  
  2.     const sp<IBinder>& binder, Parcel* out)  
  3. {  
  4.     flat_binder_object obj;  
  5.       
  6.     obj.flags = 0x7f | FLAT_BINDER_FLAG_ACCEPTS_FDS;  
  7.     if (binder != NULL) {  
  8.         IBinder *local = binder->localBinder();  
  9.         if (!local) {  
  10.             BpBinder *proxy = binder->remoteBinder();  
  11.             if (proxy == NULL) {  
  12.                 LOGE("null proxy");  
  13.             }  
  14.             const int32_t handle = proxy ? proxy->handle() : 0;  
  15.             obj.type = BINDER_TYPE_HANDLE;  
  16.             obj.handle = handle;  
  17.             obj.cookie = NULL;  
  18.         } else {  
  19.             obj.type = BINDER_TYPE_BINDER;  
  20.             obj.binder = local->getWeakRefs();  
  21.             obj.cookie = local;  
  22.         }  
  23.     } else {  
  24.         obj.type = BINDER_TYPE_BINDER;  
  25.         obj.binder = NULL;  
  26.         obj.cookie = NULL;  
  27.     }  
  28.       
  29.     return finish_flatten_binder(binder, obj, out);  
  30. }  
上面代码分下面2种情况
1. 如果传递的IBinder为service的本地IBinder对象，那么该IBinder对象为BBinder类型的，因此上面的local不为NULL，故binder type为BINDER_TYPE_BINDER。
2. 如果传递的IBinder对象代理IBinder对象，那么binder type则为BINDER_TYPE_HANDLE。

client端将方法调用参数打包成Parcel之后，会发送到内核的Binder模块，因此下面我们将分析一下内核的Binder模块的处理。

kernel/drivers/staging/android/Binder.c中的函数binder_transaction()

 
  1. switch (fp->type) {  
  2.         case BINDER_TYPE_BINDER:  
  3.         case BINDER_TYPE_WEAK_BINDER: {  
  4.             struct binder_ref *ref;  
  5.             struct binder_node *node = binder_get_node(proc, fp->binder);  
  6.             if (node == NULL) {  
  7.                 node = binder_new_node(proc, fp->binder, fp->cookie);  
  8.                 if (node == NULL) {  
  9.                     return_error = BR_FAILED_REPLY;  
  10.                     goto err_binder_new_node_failed;  
  11.                 }  
  12.                 node->min_priority = fp->flags & FLAT_BINDER_FLAG_PRIORITY_MASK;  
  13.                 node->accept_fds = !!(fp->flags & FLAT_BINDER_FLAG_ACCEPTS_FDS);  
  14.             }  
  15.             if (fp->cookie != node->cookie) {  
  16.                 binder_user_error("binder: %d:%d sending u%p "  
  17.                     "node %d, cookie mismatch %p != %p\n",  
  18.                     proc->pid, thread->pid,  
  19.                     fp->binder, node->debug_id,  
  20.                     fp->cookie, node->cookie);  
  21.                 goto err_binder_get_ref_for_node_failed;  
  22.             }  
  23.             ref = binder_get_ref_for_node(target_proc, node);  
  24.             if (ref == NULL) {  
  25.                 return_error = BR_FAILED_REPLY;  
  26.                 goto err_binder_get_ref_for_node_failed;  
  27.             }  
  28.             if (fp->type == BINDER_TYPE_BINDER)  
  29.                 fp->type = BINDER_TYPE_HANDLE;  
  30.             else  
  31.                 fp->type = BINDER_TYPE_WEAK_HANDLE;  
  32.             fp->handle = ref->desc;  
  33.             binder_inc_ref(ref, fp->type == BINDER_TYPE_HANDLE,  
  34.                        &thread->todo);  
  35.   
  36.             binder_debug(BINDER_DEBUG_TRANSACTION,  
  37.                      "        node %d u%p -> ref %d desc %d\n",  
  38.                      node->debug_id, node->ptr, ref->debug_id,  
  39.                      ref->desc);  
  40.         } break;  
  41.         case BINDER_TYPE_HANDLE:  
  42.         case BINDER_TYPE_WEAK_HANDLE: {  
  43.             struct binder_ref *ref = binder_get_ref(proc, fp->handle);  
  44.             if (ref == NULL) {  
  45.                 binder_user_error("binder: %d:%d got "  
  46.                     "transaction with invalid "  
  47.                     "handle, %ld\n", proc->pid,  
  48.                     thread->pid, fp->handle);  
  49.                 return_error = BR_FAILED_REPLY;  
  50.                 goto err_binder_get_ref_failed;  
  51.             }  
  52.             if (ref->node->proc == target_proc) {  
  53.                 if (fp->type == BINDER_TYPE_HANDLE)  
  54.                     fp->type = BINDER_TYPE_BINDER;  
  55.                 else  
  56.                     fp->type = BINDER_TYPE_WEAK_BINDER;  
  57.                 fp->binder = ref->node->ptr;  
  58.                 fp->cookie = ref->node->cookie;  
  59.                 binder_inc_node(ref->node, fp->type == BINDER_TYPE_BINDER, 0, NULL);  
  60.                 binder_debug(BINDER_DEBUG_TRANSACTION,  
  61.                          "        ref %d desc %d -> node %d u%p\n",  
  62.                          ref->debug_id, ref->desc, ref->node->debug_id,  
  63.                          ref->node->ptr);  
  64.             } else {  
  65.                 struct binder_ref *new_ref;  
  66.                 new_ref = binder_get_ref_for_node(target_proc, ref->node);  
  67.                 if (new_ref == NULL) {  
  68.                     return_error = BR_FAILED_REPLY;  
  69.                     goto err_binder_get_ref_for_node_failed;  
  70.                 }  
  71.                 fp->handle = new_ref->desc;  
  72.                 binder_inc_ref(new_ref, fp->type == BINDER_TYPE_HANDLE, NULL);  
  73.                 binder_debug(BINDER_DEBUG_TRANSACTION,  
  74.                          "        ref %d desc %d -> ref %d desc %d (node %d)\n",  
  75.                          ref->debug_id, ref->desc, new_ref->debug_id,  
  76.                          new_ref->desc, ref->node->debug_id);  
  77.             }  
  78.         } break;  
    上面代码也分为了2种不同的分支：
    1. 传来的IBinder类型为BINDER_TYPE_BINDER时，会将binder type值为BINDER_TYPE_HANDLE；
    2. 传来的IBinder类型为BINDER_TYPE_HANDLE时，会判断该IBinder的实体被定义的进程(也就是该IBinder代表的server被定义的进程)与目标进程(也即IBinder被传递的目标进程)是否相同，如果相同，则将该IBinder type转化为BINDER_TYPE_BINDER，同时使其变为IBinder本地对象的引用。
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