Android圖文詳解Binder進(jìn)程通信底層原理是什么

本篇內(nèi)容介紹了“Android圖文詳解Binder進(jìn)程通信底層原理是什么”的有關(guān)知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細(xì)閱讀，能夠?qū)W有所成！

? 什么是進(jìn)程間通信

進(jìn)程間通信(IPC，Inner Process Comunication)，就是指不同進(jìn)程之間的信息傳遞。

進(jìn)程是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的基本單位，是操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)；一個應(yīng)用至少有一個進(jìn)程，一個進(jìn)程中有包含了多個線程(線程是CPU調(diào)度的最小單位)，進(jìn)程相當(dāng)于是線程的ViewGroup，線程相當(dāng)于操作系統(tǒng)分配個進(jìn)程的View。

? 什么是 Binder

Binder 是 Android 系統(tǒng)中進(jìn)程間通信機(jī)制(IPC)的一種方式，它是這些進(jìn)程間通訊的橋梁。正如其名"粘合劑"一樣，它把系統(tǒng)中各個組件粘合到了一起，是各個組件的橋梁。

應(yīng)用層：是一個能發(fā)起通信的Java類。

• Client：是對 Binder 代理對象，是 Binder 實體對象的一個遠(yuǎn)程代理。

• Server：是 Server 中的 Binder 實體對象。

機(jī)制：是一種進(jìn)程間通信機(jī)制。

驅(qū)動：是一個虛擬物理設(shè)備驅(qū)動；

如startActivity的簡圖：

這里就用到了 Binder 通信，你會發(fā)現(xiàn)這里還有 Socker 通信，那我為什么要用 Binder 而不用 Socket。

? Android 中 IPC 的方式

? Binder 優(yōu)勢

通過以上對比，Android 最終選擇了自建一套兼顧好用、高效、安全的 Binder。

• 好用：基于C/S架構(gòu)，易用性高

• 高效：用 mmap() 進(jìn)行內(nèi)存映射，只需一次拷貝

• 安全強(qiáng)：每個 APP 分配UID(進(jìn)程的身份證號)，同時支持實名(系統(tǒng)服務(wù))和匿名(自己創(chuàng)建的服務(wù))

可以讓自己的服務(wù)前往 ServiceManager 注冊，注冊后實名。

? Linux 傳統(tǒng)的 IPC 原理

了解 Linux IPC 相關(guān)的概念和原理有助于我們理解 Binder 通信原理。因此，在介紹 Binder 跨進(jìn)程通信原理之前，我們先聊聊 Linux 系統(tǒng)下傳統(tǒng)的進(jìn)程間通信是如何實現(xiàn)。

? 基本概念

由上圖看出：

• 進(jìn)程隔離。

• 進(jìn)程空間劃分：用戶空間(User Space)/內(nèi)核空間(Kernel Space)。

• 系統(tǒng)調(diào)用：用戶態(tài)/內(nèi)核態(tài)。

? 進(jìn)程隔離

操作系統(tǒng)中，進(jìn)程與進(jìn)程間內(nèi)存是不共享的。SCC 進(jìn)程無法直接訪問 Service 進(jìn)程的數(shù)據(jù)。SCC 進(jìn)程和 Service 進(jìn)程之間要進(jìn)行數(shù)據(jù)交互就得采用進(jìn)程間通信(IPC)。

? 進(jìn)程空間劃分

現(xiàn)在操作系統(tǒng)都是采用的虛擬存儲器。操作系統(tǒng)的核心是內(nèi)核，獨立于普通的應(yīng)用程序，可以訪問受保護(hù)的內(nèi)存空間，也可以訪問底層硬件設(shè)備的權(quán)限。為了保護(hù)用戶進(jìn)程不能直接操作內(nèi)核，保證內(nèi)核的安全，操作系統(tǒng)從邏輯上將虛擬空間劃分為用戶空間(User Space)和內(nèi)核空間(Kernel Space)。

內(nèi)核空間(Kernel Space)：是系統(tǒng)內(nèi)核運行的空間;

用戶空間(User Space)：是用戶程序運行的空間。

所有內(nèi)核空間(虛擬地址)都映射在同一塊物理內(nèi)存，這樣就實現(xiàn)了內(nèi)存共享(所有進(jìn)程可通過IPC訪問)。

為了保證安全性，它們之間是隔離的。即使用戶程序蹦了，內(nèi)核也不受影響。

? 系統(tǒng)調(diào)用

進(jìn)程內(nèi) 用戶空間 & 內(nèi)核空間 進(jìn)行交互 需通過系統(tǒng)調(diào)用，主要通過函數(shù)：

copy_from_user()：將用戶空間的數(shù)據(jù)拷貝到內(nèi)核空間；

copy_to_user()：將內(nèi)核空間的數(shù)據(jù)拷貝到用戶空間。

用戶態(tài)：當(dāng)進(jìn)程在執(zhí)行用戶自己的代碼的時候，我們稱其處于用戶運行態(tài)(用戶態(tài))；

內(nèi)核態(tài)：當(dāng)一個進(jìn)程執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用而陷入內(nèi)核代碼中執(zhí)行時，稱進(jìn)程處于內(nèi)核運行態(tài)(內(nèi)核態(tài))。

系統(tǒng)調(diào)用是用戶空間訪問內(nèi)核空間的唯一方式。

? 傳統(tǒng) IPC 通信原理

如圖，這就是 Sokcet的拷貝兩次。

當(dāng)然目前 Linux 已經(jīng)引入 Binder 通信機(jī)制。

? Binder IPC原理

上面整了一堆 Linux 下的 IPC 相關(guān)概念及原理，接下來我們正式介紹下 Binder IPC 的原理。

? Binder 采用分層架構(gòu)設(shè)計

• 應(yīng)用層: 對于應(yīng)用通過調(diào)用startActivity()然后調(diào)用 AMP.startService , 經(jīng)過層層調(diào)用,最終必然會調(diào)用到AMS.startService。

• Framework: 客戶類BinderProxy和服務(wù)類Binder(Binder通信是采用C/S架構(gòu), Android系統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)便已設(shè)計好Binder在Java )。

• Native層: 對于Native層,可以直接使用BpBinder和BBinder(當(dāng)然這里還有JavaBBinder)即可, 對于上一層Framework 的通信也是基于這個層面。

• Kernel: 這里是Binder Driver, 前面3層都跑在用戶空間,對于用戶空間的內(nèi)存資源是不共享的,每個Android的進(jìn)程只能運行在自己進(jìn)程所擁有的虛擬地址空間, 而內(nèi)核空間卻是可共享的. 真正通信的核心環(huán)節(jié)還是在Binder Driver。

? Binder 驅(qū)動

在 Android 系統(tǒng)中，這個運行在內(nèi)核空間，負(fù)責(zé)各個用戶進(jìn)程通過 Binder 實現(xiàn)通信的內(nèi)核模塊就叫 Binder 驅(qū)動(Binder Dirver)。

? Binder IPC 內(nèi)存映射

Binder IPC 正是基于內(nèi)存映射（mmap）來實現(xiàn)的，一次完整的 Binder IPC 通信過程通常是這樣：

1、Binder 驅(qū)動在內(nèi)核空間創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)接收緩存區(qū)；

2、在內(nèi)核空間開辟一塊內(nèi)核緩存區(qū)，

• 建立內(nèi)核緩存區(qū)和內(nèi)核中數(shù)據(jù)接收緩存區(qū)之間的映射關(guān)系；

• 內(nèi)核中數(shù)據(jù)接收緩存區(qū)和接收進(jìn)程用戶空間地址的映射關(guān)系；

3、發(fā)送數(shù)據(jù)完成了一次進(jìn)程間的通信。

• 發(fā)送方進(jìn)程通過系統(tǒng)調(diào)用 copy_from_user() 將數(shù)據(jù) 拷貝 到內(nèi)核中的內(nèi)核緩存區(qū)；

• 由于內(nèi)核緩存區(qū)和數(shù)據(jù)接收緩存區(qū)存在內(nèi)存映射，因此也就相當(dāng)于把數(shù)據(jù)發(fā)送到了數(shù)據(jù)接收緩存區(qū)；

• 由于數(shù)據(jù)接收緩存區(qū)和進(jìn)程的用戶空間存在內(nèi)存映射因此也就相當(dāng)于把數(shù)據(jù)發(fā)送到了接收進(jìn)程的用戶空間。

內(nèi)存映射能減少數(shù)據(jù)拷貝次數(shù)，實現(xiàn)用戶空間和內(nèi)核空間的高效互動。兩個空間各自的修改能直接反映在映射的內(nèi)存區(qū)域，從而被對方空間及時感知。也正因為如此，內(nèi)存映射能夠提供對進(jìn)程間通信的支持。

Binder傳值限制：

• 原來的 BINDER_VM_SIZE：((1 * 1024 * 1024) - 4096 * 2)

• 現(xiàn)在的BINDER_VM_SIZE：((1 * 1024 * 1024) - sysconf(_SC_PAGE_SIZE) * 2)

sysconf(_SC_PAGE_SIZE)：這個函數(shù)用來獲取系統(tǒng)執(zhí)行的配置信息。例如頁大小、最大頁數(shù)、cpu個數(shù)、打開句柄的最大個數(shù)等等。

這個值表示你Binder最多傳這么多，超出就失敗。

? Android Binder 原理圖

? Bind 原理圖

Binder通信采用C/S架構(gòu)，從組件視角來說，包含Client、Server、ServiceManager 以及 Binder 驅(qū)動，其中 ServiceManager 用于管理系統(tǒng)中的各種服務(wù)。

此處的ServiceManager是指Native層的ServiceManager（C++），并非指framework層的ServiceManager(Java) 原因：

所以，原理圖可表示為以下：

? Bind 原理圖交互

Client、Server、ServiceManager屬于進(jìn)程空間的用戶空間，不可進(jìn)行進(jìn)程間交互(下圖虛線表示)。

所以他們都通過與 Binder 驅(qū)動 進(jìn)行交互的，從而實現(xiàn)IPC通信方式。

所以，原理圖可表示為以下：

? Bind 原理圖交互路線

到這里 Binder 原理算是搞定了。不知道你懂了多少，有疑問可以聯(lián)系我，我們一起探討。下一篇咱們一起學(xué)習(xí) Binder 在 Android 中的具體實現(xiàn)。

“Android圖文詳解Binder進(jìn)程通信底層原理是什么”的內(nèi)容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業(yè)相關(guān)的知識可以關(guān)注億速云網(wǎng)站，小編將為大家輸出更多高質(zhì)量的實用文章！