通俗易懂的Android多进程间通信 binder机制

2022-09-14 今日头条初壹十五a

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一丶Android多进程通信的应用场景？

保活
webview
加载图片
push推送
与系统服务通信

二丶为什么要用binder

Android系统内核是linux内核
Linux内核进程通信有：管道、内存共享、Socket、File；
对比：

Binder的一次拷贝发生在用户空间拷贝到内核空间；

用户空间： App进程运行的内存空间；

内核空间： 系统驱动、和硬件相关的代码运行的内存空间，也就是进程ID为0的进程运行的空间；

程序局部性原则： 只加载少量代码；应用没有运行的代码放在磁盘中，运行时高速缓冲区进行加载要运行的代码；默认一次加载一个页（4K），若不够4K就用0补齐；

MMU:内存管理单元；

给CPU提供虚拟地址；

当对变量操作赋值时：

CPU拿着虚拟地址和值给到MMU
MMU用虚拟地址匹配到物理地址，MMU去物理内存中进行赋值；

物理地址： 物理内存的实际地址,并不是磁盘；

虚拟地址： MMU根据物理内存的实际地址翻译出的虚拟地址；提供给CPU使用；

页命中：CPU读取变量时，MMU在物理内存的页表中找到了这个地址；

页未命中：CPU读取变量时，MMU在物理内存的页表中没有找到了这个地址，此时会触发MMU去磁盘读取变量并存到物理内存中；

普通的二次拷贝：

应用A拷贝到服务端：coay_from_user

从服务端拷贝到应用B：coay_to_user

mmap():

在物理内存中开辟一段固定大小的内存空间
将磁盘文件与物理内存进行映射（理解为绑定）
MMU将物理内存地址转换为虚拟地址给到CPU（虚拟地址映射物理内存）

共享内存进程通信：

进程A调用mmap()函数会在内核空间中虚拟地址和一块同样大小的物理内存，将两者进行映射
得到一个虚拟地址
进程B调用mmap()函数，传参和步骤1一样的话，就会得到一个和步骤2相同的虚拟地址
进程A和进程B都可以用同一虚拟地址对同一块映射内存进行操作
进程A和进程B就实现了通信
没有发生拷贝，共享一块内存，不安全

Binder通信原理：

角色：Server端A、Client端B、Binder驱动、内核空间、物理内存

Binder驱动在物理内存中开辟一块固定大小（1M-8K）的物理内存w，与内核空间的虚拟地址x进行映射得到
A的用户空间的虚拟地址ax和物理内存w进行映射
此时内核空间虚拟地址x和物理内存w已经进行了映射，物理内存w和Server端A的用户空间虚拟地址ax进行了映射：也就是内核空间的虚拟地址x = 物理内存w = Server端A的用户空间虚拟地址ax
B发送请求：将数据按照binder协议进行打包给到Binder驱动，Binder驱动调用coay_from_user()将数据拷贝到内核空间的虚拟地址x
因步骤3中的三块区域进行了映射
Server端A就得到了Client端B发送的数据
通过内存映射关系，只发生了一次拷贝

Activity跳转时，最多携带1M-8k（1兆减去8K）的数据量；

真实数据大小为：1M内存-两页的请求头数据=1M-8K；

应用A直接将数据拷贝到应用B的物理内存空间中，数据量不能超过1M-8K；拷贝次数少了一次，少了从服务端拷贝到用户；

IPC通信机制：

服务注册
服务发现
服务调用

以下为简单的主进程和子进程通信：

1、服务注册：缓存中心中有三张表(暂时理解为三个HashMap，Binder用的是native的红黑树)：

第一种：放key ：String - value：类的Class；
第二种：放key ：Class的类名 - value：类的方法集合；
第三种：放key ：Class的类名 - value：类的对象；

类的方法集合：key-value;

key：方法签名：“方法名” 有参数时用 “方法名-参数类型-参数类型-参数类型......”;

value: 方法本身;

注册后，服务若没被调用则一直处于沉默状态，不会占用内存，这种情况只是指用户进程里自己创建的服务，不适用于AMS这种；

2、服务发现：当被查询到时，要被初始化；

客户端B通过发送信息到服务端A
服务端解析消息，反序列化
通过反射得到消息里的类名，方法，从注册时的第一种、第二种表里找到Class，若对象没初始化则初始化对象，并将对象添加到第三种的表里；

3、服务调用：

使用了动态代理
客户端在服务发现时，拿到对象（其实是代理）
客户端调用对象方法
代理发送序列化数据到服务端A
服务端A解析消息，反序列化，得到方法进行处理，得到序列化数据结果
将序列化结果写入到客户端进程的容器中；
回调给客户端

AIDL： BpBinder：数据发送角色 BbBinder：数据接收角色

编译器生成的AIDL的JAVA接口.Stub.proxy.transact()为数据发送处；

发送的数据包含：数据+方法code+方法参数等等；

发送时调用了Linux的驱动
调用copy_from_user()拷贝用户发送的数据到内核空间
拷贝成功后又进行了一次请求头的拷贝：copy_from_user()
也就是把一次的数据分为两次拷贝

请求头：包含了目的进程、大小等等参数，这些参数占了8K

编译器生成的AIDL的java接口.Stub.onTransact()为数据接收处；

Binder中的IPC机制：

每个App进程启动时会在内核空间中映射一块1M-8K的内存
服务端A的服务注册到ServiceManager中：服务注册
客户端B想要调用服务端A的服务，就去请求ServiceManager
ServiceManager去让服务端A实例化服务：服务发现
返回一个用来发送数据的对象BpBinder给到客户端B
客户端B通过BpBinder发送数据到服务端A的内核的映射区域（传参时客户端会传一个reply序列化对象，在底层会将这个地址一层一层往下传，直至传到回调客户端）：这里发生了一次通信copy_from_user：服务调用
服务端A通过BBBinder得到数据并处理数据
服务端唤醒客户端等待的线程；将返回结果写入到客户端发送请求时传的一个reply容器地址中,调用onTransact返回；
客户端在onTransac中得到数据；通信结束；

ServiceManager维持了Binder这套通信框架；