图文结合:通俗易懂的Android多进程间通信--binder机制

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了图文结合:通俗易懂的Android多进程间通信--binder机制相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

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

部分参考,包含Framework专题

1.腾讯Android开发笔记
2.2022年Android十一位大厂面试真题
3.60道音视频经典面试题

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、SocketFile

  • 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;

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HashMapBinder用的是native的红黑树):

  • 第一种:放keyString - value:类的Class

  • 第二种:放keyClass的类名 - value:类的方法集合;

  • 第三种:放keyClass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;

三丶APP多进程的优点

  • 扩大应用可使用的内存
    手机内存6G,系统分配给虚拟机的内存一般32M、48M、64M,使用多进程时,可以使用一个进程专门加载图片,防止OOM
  • 子进程崩溃,不会导致主进程崩溃
  • 互相保活,即如果子进程被系统kill掉时,主进程拉起子进程。主进程被系统kill掉时,子进程拉起主进程。

四丶多进程通信原理

Android进程是运行在系统分配的虚拟地址空间,虚拟地址空间分为用户空间和内核空间。多进程间,用户空间不共享,内核空间共享,进程间通过共享的内核空间通信。

五丶多进程通信有哪些方式?

1.传统的IPC方式:socket,内存共享。
2.Android特有的方式:Binder

六丶Binder相对其他IPC方式优点/为什么使用Binder

1.性能:

A.Socket传输数据的过程:两次拷贝

B.Binder传输数据的过程:一次拷贝

内存映射:MMAPmemory map

虚拟内存和物理内存

虚拟内存映射到物理内存,物理内存存储数据。

2.易用性

3.安全性

七丶Binder在Android系统CS通信机制中起到的作用

  • Android C/S通信机制

  • Binder机制的关键概念

  • BinderAndroid CS通信机制中起到的作用



AIDLBinder的关系?
AIDL封装了BinderAIDL调用Binder

部分参考,包含Framework专题

1.腾讯Android开发笔记
2.2022年Android十一位大厂面试真题
3.60道音视频经典面试题

以上是关于图文结合:通俗易懂的Android多进程间通信--binder机制的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

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Vue组件间的通信方式(多种场景,通俗易懂,建议收藏)

互斥锁与进程间通信

多进程和多线程的理解,通俗易懂

Android 中基于 Binder的进程间通信

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