Binder原理解析

前言

在平时的开发中，我们不免会遇到跨进程的通信，平时使用系统提供的诸如ActivityServiceManager这些系统服务，其实就是使用了跨进程的调用，那么跨进程的调用，需要解决的就是进程间的通信问题，Android系统为我们提供了Binder机制，利用Binder机制，我们可以自由地实现进程间的通信，下面我们一起看看Binder机制的相关原理。

正文

认识Binder

首先，我们先认识一下Binder是什么，有什么作用，相比其他的进程间通信方式有什么优点。

1.Binder是什么

Binder是一种进程间通信的机制，在Android系统中，进程间的通信，它们的底层基本都是用到了Binder的IPC机制，比如我们进程1的Activity要使用进程2中Service的某个能力，则需要用到Binder机制来进行进程间的通信，包括平时我们使用的系统提供的一些Service如AMS、IMS等等，都是用到了Binder在底层作为支撑。

2.Binder的优势

我们知道在系统中其实有很多种IPC的方式，如Socket、消息队列和内存共享等，Android还提供了Binder机制，相信会有其独特的优点：

• 性能：在移动设备上，由于性能受到各方面的限制，例如电量，所以在使用进程间通信时，需要对性能这块有很大的要求。Socket、消息队列这些，在进程间通信时，数据拷贝需要两次，而内存共享只需拷贝无需拷贝，但实现起来比较复杂。Binder在数据上拷贝只需一次，它通过内存映射的机制实现了一次数据拷贝。

• 安全：传统的IPC，UID/PID只能由用户在数据包填入，这样会导致接收方无法获取到可靠UID/PID，而且还会存在被恶意程序利用的可能。Binder机制中可靠的身份标志只能在IPC机制的内核中添加的，它从协议本身就支持对通信双方进行身份校验，大大提高了安全性。

• 稳定：Binder基于C/S架构，使用者与提供服务者相互独立，整体清晰，从而提高了整体的稳定性。

Binder的通信原理

接下来，我们一起了解相关进程通信的概念和Binder的通信原理是怎么样的。

1.一般的IPC原理

• 发送：首先会将要发送的数据放到内存缓存区，通过系统调用进入内核态，内核空间会开辟一块缓存区，通过copyfromuser()将用户空间的数据拷贝到内核空间的缓存区。
• 接收：接收方的用户进程里，开辟一块内存缓存区，内核调用copytouser90将数据从内核缓存区拷贝到接收进程开辟的内存缓存区。

以上便完成了一次进程间的通信，但是存在下面的不足：

• 在性能上，需要两次的数据拷贝：用户->内核、内核->用户
• 由于接收的用户进程无法知道接收的数据多大，所以它只能开辟尽可能大的内存缓存区来接收数据，这样很可能会造成空间的浪费。

2.动态内核可加载模块

通过Binder进行进程间通信的低成依赖的是Binder驱动，但是Binder驱动不是Linux内核的一部分，需要通过动态内核可加载模块的机制，将Binder驱动动态添加到内核空间，来实现Binder通信。

3.内存映射

内存映射是通过mmap()来实现的，内存映射是将用户的内存空间映射到内核空间，当内存空间里有进行修改时，则内核空间映射到内存区域也能直接感知到，当内核空间修改时，用户空间也能够直接感知到。内存映射可以减少数据拷贝到次数，实现用户空间与内核空间的搞笑交互。

内存映射在一次Binder进程间通信的应用是这样的：

• Binder驱动在内核空间创建一个接收缓存区
• 在内核空间创建一个内核缓存区。然后建立内核接收缓存区与内核缓存区的映射、内核接收缓存区与接收用户进程的空间的映射。
• 发送方调用compyfromuser()，把数据拷贝到内核缓存区，由于它们彼此都两两存在映射关系，则接收进程也就能够接收到发送进程要发送的数据。

4.运行机制

• 四大角色

Client：使用服务的进程，通过名字向ServiceManager获取对应的Binder

Server：提供服务的进程，将创建的Binder与它的字符形式的名字以数据包的形式通过Binder驱动向ServiceManager注册服务，供其他进程远程调用。

ServiceManager：一个独立的进程，可将字符形式的Binder名字转化成对应的Binder实例，它会维护Binder名字与Binder实体的表。注册与获取服务，都是使用Binder方式的进程间通信，而ServiceManager提供的Binder与其他的不一样，首先进程使用BINDERSETCONTEXT_MGR命令，将其注册成ServiceManager，同时Binder驱动会为它创建一个Binder实体；在其他进程中获取它时都是通过0号引用进行获取，从而与ServiceManager进行通信。

Binder驱动：提供进程之间通信的建立、Binder传递等一些底层操作的支持。

• 注册服务：Server通过Binder驱动向ServiceManager注册Binder，驱动为这个Binder创建一个在内核中的节点以及将其引用和名字打包传给ServiceManager，ServiceManager就可以把它们填到表中。

• 使用服务：Client通过Binder驱动，用Binder名字去ServiceManager中获取对应的Binder引用，通过该引用，就可以使用Server提供的服务。

5.对象的传递

我们可能还有一个疑问：俩个进程间是没能够直接使用彼此的对象，Binder中是如何实现的呢？ 其实Client获取Server的object时，Binder驱动并不会真正地把object传给Client，而是返回一个具有与object一样方法的object代理，它并不具备与object一样真正的能力。当Client调用object代理的A方法时，驱动会查到它对应的是object，就会调用Server中object的A方法，同时将参数也会打包发过去，等待Server中的object的A方法处理好后把结果进行返回，这时Binder驱动会将结果转发给Client，需要注意的是，这一个过程是一个同步的过程，当Server在处理时，Clinet会blok住，所以最好是放在工作线程去调用远程的方法。

结语

本文到这里就结束了，相信通过此文，可以对Binder这种进程间通信的机制有一个更好的理解，还有对它的运行机制有一个理解，当然它的机制不止这些，还有更多的细节与概念。

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