2022年Android的IPC机制Binder的各个部分 .pdf

Android 的 IPC 机制 Binder 的各个部分第一部分Binder的组成1.1 驱动程序部分驱动程序的部分在以下的文件夹中：kernel/include/linux/binder.hkernel/drivers/android/binder.cbinder 驱 动 程 序 是 一 个miscdevice ， 主 设 备 号 为10 ， 此 设 备 号 使 用 动 态 获 得（MISC_DYNAMIC_MINOR） ，其设备的节点为：/dev/binderbinder 驱动程序会在proc 文件系统中建立自己的信息，其文件夹为/proc/binde，其中包含如下内容：proc 目录：调用Binder 各个进程的内容state 文件：使用函数binder_read_proc_state stats 文件：使用函数binder_read_proc_stats transactions 文件：使用函数binder_read_proc_transactions transaction_log文 件 ： 使 用 函 数binder_read_proc_transaction_log， 其 参 数 为binder_transaction_log ( 类型为 struct binder_transaction_log) failed_transaction_log 文件：使用函数binder_read_proc_transaction_log 其参数为binder_transaction_log_failed ( 类型为 struct binder_transaction_log) 在 binder 文件被打开后，其私有数据（private_data）的类型：struct binder_proc在这个数据结构中，主要包含了当前进程、进程ID 、内存映射信息、Binder 的统计信息和线程信息等。在用户空间对Binder 驱动程序进行控制主要使用的接口是mmap、poll 和 ioctl，ioctl 主要使用的ID 为：#define BINDER_WRITE_READ _IOWR(b, 1, struct binder_write_read) #define BINDER_SET_IDLE_TIMEOUT _IOW(b, 3, int64_t) #define BINDER_SET_MAX_THREADS _IOW(b, 5, size_t) #define BINDER_SET_IDLE_PRIORITY _IOW(b, 6, int) #define BINDER_SET_CONTEXT_MGR _IOW(b, 7, int) #define BINDER_THREAD_EXIT _IOW(b, 8, int) #define BINDER_VERSION _IOWR(b, 9, struct binder_version)BR_XXX 等宏为 BinderDriverReturnProtocol ，表示 Binder 驱动返回协议。BC_XXX 等宏为 BinderDriverCommandProtocol ，表示 Binder 驱动命令协议。binder_thread 是 Binder 驱动程序中使用的另外一个重要的数据结构，数据结构的定义如下所示：struct binder_thread struct binder_proc *proc; struct rb_node rb_node; 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 11 页 - - - - - - - - - int pid; int looper; struct binder_transaction *transaction_stack; struct list_head todo; uint32_t return_error; uint32_t return_error2; wait_queue_head_t wait; struct binder_stats stats; ;binder_thread 的各个成员信息是从rb_node 中得出。BINDER_WRITE_READ是最重要的ioctl，它使用一个数据结构binder_write_read 定义读写的数据。struct binder_write_read signed long write_size; signed long write_consumed; unsigned long write_buffer; signed long read_size; signed long read_consumed; unsigned long read_buffer; ; 1.2 servicemanager 部分 servicemanager 是一个守护进程，用于这个进程的和/dev/binder通讯，从而达到管理系统中各个服务的作用。可执行程序的路径：/system/bin/servicemanager开源版本文件的路径：frameworks/base/cmds/servicemanager/binder.h frameworks/base/cmds/servicemanager/binder.c frameworks/base/cmds/servicemanager/service_manager.c程序执行的流程：open()：打开 binder 驱动mmap()：映射一个128*1024 字节的内存ioctl(BINDER_SET_CONTEXT_MGR)：设置上下文为mgr 进入主循环binder_loop() ioctl(BINDER_WRITE_READ)，读取 binder_parse()进入 binder 处理过程循环处理 binder_parse()的处理，调用返回值：当处理BR_TRANSACTION的时候，调用svcmgr_handler() 处理增加服务、检查服务等工作。各种服务存放在一个链表（svclist）中。其中调用binder_等开头的函数，又会调用ioctl 的各种命令。处理 BR_REPLY 的时候，填充binder_io 类型的数据结名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 11 页 - - - - - - - - - 1.3 binder的库的部分 binder相关的文件作为Android的 utils库的一部分，这个库编译后的名称为libutils.so，是 Android系统中的一个公共库。主要文件的路径如下所示：frameworks/base/include/utils/* frameworks/base/libs/utils/*主要的类为：RefBase.h :引用计数，定义类RefBase。Parcel.h :为在 IPC 中传输的数据定义容器，定义类ParcelIBinder.h ：Binder 对象的抽象接口，定义类 IBinderBinder.h ：Binder 对象的基本功能，定义类 Binder 和 BpRefBaseBpBinder.h ：BpBinder 的功能，定义类BpBinderIInterface.h ：为抽象经过Binder 的接口定义通用类，定义类 IInterface ，类模板 BnInterface ，类模板 BpInterfaceProcessState.h表示进程状态的类，定义类ProcessStateIPCThreadState.h表示 IPC 线程的状态，定义类IPCThreadState各个类之间的关系如下所示：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 11 页 - - - - - - - - - 在 IInterface.h中定义的BnInterface和 BpInterface是两个重要的模版，这是为各种程序中使用的。BnInterface模版的定义如下所示：template class BnInterface : public INTERFACE, public BBinder public: virtual sp queryLocalInterface(const String16& _descriptor); virtual String16 getInterfaceDescriptor() const; protected: virtual IBinder* onAsBinder(); ; BnInterface模版的定义如下所示：template class BpInterface : public INTERFACE, public BpRefBase public: BpInterface(const sp& remote); 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 11 页 - - - - - - - - - protected: virtual IBinder* onAsBinder(); ; 这两个模版在使用的时候，起到得作用实际上都是双继承：使用者定义一个接口INTERFACE ，然后使用BnInterface和 BpInterface两个模版结合自己的接口，构建自己的BnXXX和 BpXXX两个类。 DECLARE_META_INTERFACE和 IMPLEMENT_META_INTERFACE两个宏用于帮助BpXXX类的实现：#define DECLARE_META_INTERFACE(INTERFACE) static const String16 descriptor; static sp asInterface(const sp& obj); #define IMPLEMENT_META_INTERFACE(INTERFACE, NAME) const String16 I#INTERFACE:descriptor(NAME); String16 I#INTERFACE:getInterfaceDescriptor() const return I#INTERFACE:descriptor; sp I#INTERFACE:asInterface(const sp& obj) sp intr; if (obj != NULL) intr = static_cast( obj-queryLocalInterface( I#INTERFACE:descriptor).get(); if (intr = NULL) intr = new Bp#INTERFACE(obj); return intr; 在 定 义 自 己 的 类 的 时 候 ， 只 需 要 使 用DECLARE_META_INTERFACE和IMPLEMENT_META_INTERFACE两个接口，并结合类的名称，就可以实现BpInterface中的asInterface()和 getInterfaceDescriptor()两个函数。第二部分Binder 的运作2.1 Binder 的工作机制 Service Manager 是一个守护进程， 它负责启动各个进程之间的服务，对于相关的两个需要通讯的进程， 它们通过调用libutil.so 库实现通讯， 而真正通讯的机制，是内核空间中的一块共享内存。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 11 页 - - - - - - - - - 2.2 从应用程序的角度看Binder从应用程序的角度看Binder 一共有三个方面：Native 本地：例如BnABC ，这是一个需要被继承和实现的类。Proxy 代理：例如BpABC ，这是一个在接口框架中被实现，但是在接口中没有体现的类。客户端：例如客户端得到一个接口ABC ， 在调用的时候实际上被调用的是BpABC 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 11 页 - - - - - - - - - 本地功能（ Bn）部分做的：实现 BnABC: BnTransact()注册服务： IServiceManager： AddService代理部分（ Bp）做的：实现几个功能函数，调用BpABC:remote()-transact()客户端做的：获得 ABC 接口，然后调用接口 （实际上调用了BpABC ， 继而通过IPC 调用了 BnABC ，然后调用了具体的功能）在程序的实现过程中BnABC 和 BpABC 是双继承了接口ABC 。一般来说BpABC 是一个实现类， 这个实现类不需要在接口中体现，它实际上负责的只是通讯功能，不执行具体名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 11 页 - - - - - - - - - 的功能； BnABC 则是一个接口类，需要一个真正工作的类来继承、实现它，这个类才是真正执行具体功能的类。在客户端中，从ISeriviceManager 中获得一个ABC 的接口，客户端调用这个接口，实际上是在调用BpABC，而 BpABC 又通过Binder 的 IPC 机制和 BnABC 通讯， BnABC的实现类在后面执行。事实上， 服务器的具体实现和客户端是两个不同的进程，如果不考虑进程间通讯的过程，从调用者的角度， 似乎客户端在直接调用另外一个进程间的函数当然这个函数必须是接口ABC 中定义的。2.3 ISericeManager 的作用 ISericeManager 涉及的两个文件是ISericeManager.h 和 ISericeManager.cpp。这两个文件基本上是ISericeManager 。ISericeManager 是系统最先被启动的服务。非常值得注意的是：ISericeManager 本地功能并没有使现，它实际上由ServiceManager 守护进程执行，而用户程序通过调用BpServiceManager 来获得其他的服务。在 ISericeManager.h 中定义了一个接口，用于得到默认的ISericeManager： sp defaultServiceManager();这时得到的ISericeManager 实际上是一个全局的ISericeManager。第三部分程序中 Binder 的具体实现3.1 一个利用接口的具体实现PermissionController 也是 libutils 中定义的一个有关权限控制的接口，它一共包含两个文件：IPermissionController.h和 IPermissionController.cpp 这个结构在所有类的实现中都是类似的。头 文 件IPermissionController.h的 主 要 内 容 是 定 义IPermissionController接 口 和 类BnPermissionController ：class IPermissionController : public IInterface public: DECLARE_META_INTERFACE(PermissionController); virtual bool checkPermission(const String16& permission,int32_t pid, int32_t uid) = 0; enum 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 11 页 - - - - - - - - - CHECK_PERMISSION_TRANSACTION = IBinder:FIRST_CALL_TRANSACTION; ; class BnPermissionController : public BnInterface public: virtual status_t onTransact( uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags = 0); ;IPermissionController 是一个接口类，只有checkPermission() 一个纯虚函数。BnPermissionController 继承了以BnPermissionController 实例化模版类BnInterface。 因此，BnPermissionController， 事 实上BnPermissionController双继 承 了BBinder和IPermissionController 。实现文件IPermissionController.cpp 中，首先实现了一个BpPermissionController 。class BpPermissionController : public BpInterface public: BpPermissionController(const sp& impl) : BpInterface(impl) virtual bool checkPermission(const String16& permission, int32_t pid, int32_t uid) Parcel data, reply; data.writeInterfaceToken(IPermissionController: getInterfaceDescriptor(); data.writeString16(permission); data.writeInt32(pid); data.writeInt32(uid); remote()-transact(CHECK_PERMISSION_TRANSACTION, data, &reply); if (reply.readInt32() != 0) return 0; return reply.readInt32() != 0; ; IMPLEMENT_META_INTERFACE(PermissionController, android.os.IPermissionController);BpPermissionController 继承了 BpInterface ，它本身是一个已经实现的类，而且并没有在接口中体现。这个类按照格式写就可以，在实现checkPermission() 函数的过程中， 使用 Parcel 作为传输数据的容器，传输中时候transact()函数， 其参数需要包含枚举值 CHECK_PERMISSION_TRANSACTION。 IMPLEMENT_META_INTERFACE用于扶助生成。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 11 页 - - - - - - - - - BnPermissionController 中实现的onTransact()函数如下所示：status_t BnPermissionController: BnTransact( uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags) switch(code) case CHECK_PERMISSION_TRANSACTION: CHECK_INTERFACE(IPermissionController, data, reply); String16 permission = data.readString16(); int32_t pid = data.readInt32(); int32_t uid = data.readInt32(); bool res = checkPermission(permission, pid, uid); reply-writeInt32(0); reply-writeInt32(res ? 1 : 0); return NO_ERROR; break; default: return BBinder: BnTransact(code, data, reply, flags); 在onTransact() 函 数 中 根 据 枚 举 值 判 断 数 据 使 用 的 方 式 。 注 意 ， 由 于BnPermissionController 也是继承了类IPermissionController ，但是纯虚函数checkPermission()依然没有实现。因此这个BnPermissionController 类并不能实例化，它其实也还是一个接口，需要一个实现类来继承它，那才是实现具体功能的类。3.2 BnABC 的实现本地服务启动后将形成一个守护进程， 具体的本地服务是由一个实现类继承BnABC 来实现的，这个服务的名称通常叫做ABC 。在其中，通常包含了一个instantiate() 函数，这个函数一般按照如下的方式实现：复制代码1.void ABC:instantiate() 2. defaultServiceManager()-addService( 3. String16(XXX.ABC), new ABC (); 4. 按照这种方式，通过调用defaultServiceManager() 函数，将增加一个名为XXX.ABC 的服务。在这个 defaultServiceManager()函数中调用了：ProcessState:self()-getContextObject(NULL); 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 11 页 - - - - - - - - - IPCThreadState* ipc = IPCThreadState:self(); IPCThreadState:talkWithDriver() 在 ProcessState 类建立的过程中调用open_driver() 打开驱动程序，在talkWithDriver() 的执行过程中。3.3 BpABC调用的实现BpABC调 用 的 过程 主 要 通 过mRemote()-transact() 来 传 输 数 据 ，mRemote() 是 BpRefBase 的成员，它是一个IBinder。这个调用过程如下所示：mRemote()-transact() Process:self() IPCThreadState:self()-transact() writeTransactionData() waitForResponse() talkWithDriver() ioctl(fd, BINDER_WRITE_READ, &bwr) 在 IPCThreadState:executeCommand()函数中，实现传输操作。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 11 页 - - - - - - - - -