Android的Binder机制

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 一.  Binder是什么

1. 直观来说,Binder是Android中的一个类,它继承了IBinder接口

2. 从IPC角度来说,Binder是Android中的一种跨进程通信方式,Binder还可以理解为一种虚拟的物理设备,它的设备驱动是/dev/binder,该通信方式在linux中没有

3. 从Android Framework角度来说,Binder是ServiceManager连接各种Manager(ActivityManager、WindowManager,etc)和相应ManagerService的桥梁

4. 从Android应用层来说,Binder是客户端和服务端进行通信的媒介,当你bindService的时候,服务端会返回一个包含了服务端业务调用的Binder对象,通过这个Binder对象,客户端就可以获取服务端提供的服务或者数据,这里的服务包括普通服务和基于AIDL的服务

 二.  传统的进程间通信

进程隔离 :
为了保证 安全性 & 独立性,一个进程 不能直接操作或者访问另一个进程,即Android的进程是相互独立、隔离的

跨进程通信( IPC ) :
即进程间需进行数据交互、通信

 2.1 linux进程空间划分

  • 一个进程空间分为 用户空间 & 内核空间(Kernel),即把进程内 用户 & 内核 隔离开来
  • 二者区别:
    1. 进程间,用户空间的数据不可共享,所以用户空间 = 不可共享空间
    2. 进程间,内核空间的数据可共享,所以内核空间 = 可共享空间

    所有进程共用1个内核空间

    进程内 用户空间 & 内核空间 进行交互 需通过 系统调用,主要通过函数:

    1. copy_from_user():将用户空间的数据拷贝到内核空间
    2. copy_to_user():将内核空间的数据拷贝到用户空间

 2.2 跨进程通信的基本原理

 

 三.  Binder 跨进程通信

 3.1 模型原理图

 Binder 跨进程通信机制 模型 基于 Client - Server 模式
 
 注1:Client进程、Server进程 & Service Manager 进程之间的交互 都必须通过Binder驱动(使用 open 和 ioctl文件操作函数),而非直接交互。
原因:
1). Client进程、Server进程 & Service Manager进程属于进程空间的用户空间,不可进行进程间交互
2). Binder驱动 属于 进程空间的 内核空间,可进行进程间 & 进程内交互
 注2:Binder驱动 & Service Manager进程 属于 Android基础架构(即系统已经实现好了);而Client 进程 和 Server 进程 属于Android应用层(需要开发者自己实现)所以,在进行跨进程通信时,开发者只需自定义Client & Server 进程 并 显式使用上述3个步骤,最终借助 Android的基本架构功能就可完成进程间通信
注3:Binder请求的线程管理
  • Server进程会创建很多线程来处理Binder请求
  • Binder模型的线程管理 采用Binder驱动的线程池,并由Binder驱动自身进行管理

    而不是由Server进程来管理的

  • 一个进程的Binder线程数默认最大是16,超过的请求会被阻塞等待空闲的Binder线程。

    所以,在进程间通信时处理并发问题时,如使用ContentProvider时,它的CRUD(创建、检索、更新和删除)方法只能同时有16个线程同时工作

3.2 模型组成角色说明

角色 作用 备注
Client进程 使用服务的进程 Android客户端
Server进程 提供服务的进程 服务端
ServiceManager进程 管理Service注册与查询(将字符形式的Binder名字转换成Client中对该Binder的引用) 类似于路由器
Binder驱动 一种虚拟设备驱动,是连接Client进程、Server进程、ServiceManager进程的桥梁,具体作用:
1.传递进程间的数据:通过内存映射.
2.实现线程控制:采用Binder的线程池,并有Binder驱动自身进行管理.
Binder驱动持有每个Server进程在内核空间中的Binder实体,并给Client进程提供Binder实体大的引用
 重点:Binder驱动的作用

3.3模型原理&步骤说明

 

 四. 具体使用

 请看:1、Android的IPC机制    2、 Android的AIDL

 五. 优点

 对比 Linux (Android基于Linux)上的其他进程通信方式(管道/消息队列/共享内存/信号量/Socket),Binder 机制的优点有:

  1. 高效
    • Binder数据拷贝只需要一次,而管道、消息队列、Socket都需要2次
    • 通过驱动在内核空间拷贝数据,不需要额外的同步处理
  2. 安全性高
    • Binder 机制为每个进程分配了 UID/PID 来作为鉴别身份的标示,并且在 Binder 通信时会根据 UID/PID 进行有效性检测
    • 传统的进程通信方式对于通信双方的身份并没有做出严格的验证如,Socket通信 ip地址是客户端手动填入,容易出现伪造
  3. 使用简单
    • 采用Client/Server 架构
    • 实现面向对象的调用方式,即在使用Binder时就和调用一个本地对象实例一样