彻底理解 Android Binder 通信架构

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了彻底理解 Android Binder 通信架构相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

roid 6.0的源码剖析, 本文深度剖析Binder IPC过程, 这绝对是一篇匠心巨作,从Java framework到Native,再到Linux Kernel,带你全程看Binder通信过程.

一. 引言

1.1 Binder架构的思考

android内核是基于Linux系统, 而Linux现存多种进程间IPC方式:管道, 消息队列, 共享内存, 套接字, 信号量, 信号. 为什么Android非要用Binder来进行进程间通信呢.
从我个人的理解角度, 曾尝试着在知乎回答同样一个问题 为什么Android要采用Binder作为IPC机制?.
这是我第一次认认真真地在知乎上回答问题, 收到很多网友的点赞与回复, 让我很受鼓舞, 也决心分享更多优先地文章回报读者和粉丝, 为Android圈贡献自己的微薄之力.

在说到Binder架构之前, 先简单说说大家熟悉的TCP/IP的五层通信体系结构:

 

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  • 应用层: 直接为用户提供服务;
  • 传输层: 传输的是报文(TCP数据)或者用户数据报(UDP数据)
  • 网络层: 传输的是包(Packet), 例如路由器
  • 数据链路层: 传输的是帧(Frame), 例如以太网交换机
  • 物理层: 相邻节点间传输bit, 例如集线器,双绞线等

这是经典的五层TPC/IP协议体系, 这样分层设计的思想, 让每一个子问题都设计成一个独立的协议, 这协议的设计/分析/实现/测试都变得更加简单:

  • 层与层具有独立性, 例如应用层可以使用传输层提供的功能而无需知晓其实现原理;
  • 设计灵活, 层与层之间都定义好接口, 即便层内方法发生变化,只有接口不变, 对这个系统便毫无影响;
  • 结构的解耦合, 让每一层可以用更适合的技术方案, 更合适的语言;
  • 方便维护, 可分层调试和定位问题;

Binder架构也是采用分层架构设计, 每一层都有其不同的功能:

 

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  • Java应用层: 对于上层应用通过调用AMP.startService, 完全可以不用关心底层,经过层层调用,最终必然会调用到AMS.startService.
  • Java IPC层: Binder通信是采用C/S架构, Android系统的基础架构便已设计好Binder在Java framework层的Binder客户类BinderProxy和服务类Binder;
  • Native IPC层: 对于Native层,如果需要直接使用Binder(比如media相关), 则可以直接使用BpBinder和BBinder(当然这里还有JavaBBinder)即可, 对于上一层Java IPC的通信也是基于这个层面.
  • Kernel物理层: 这里是Binder Driver, 前面3层都跑在用户空间,对于用户空间的内存资源是不共享的,每个Android的进程只能运行在自己进程所拥有的虚拟地址空间, 而内核空间却是可共享的. 真正通信的核心环节还是在Binder Driver.

1.2 分析起点

前面通过一个Binder系列-开篇来从源码讲解了Binder的各个层面, 但是Binder牵涉颇为广泛, 几乎是整个Android架构的顶梁柱, 虽说用了十几篇文章来阐述Binder的各个过程.
但依然还是没有将Binder IPC(进程间通信)的过程彻底说透.

Binder系统如此庞大, 那么这里需要寻求一个出发点来穿针引线, 一窥视Binder全貌. 那么本文将从全新的视角,以startService流程分析为例子来说说Binder所其作用.
首先在发起方进程调用AMP.startService,经过binder驱动,最终调用系统进程AMS.startService,如下图:

 

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AMP和AMN都是实现了IActivityManager接口,AMS继承于AMN. 其中AMP作为Binder的客户端,运行在各个app所在进程, AMN(或AMS)运行在系统进程system_server.

1.3 Binder IPC原理

Binder通信采用C/S架构,从组件视角来说,包含Client、Server、ServiceManager以及binder驱动,其中ServiceManager用于管理系统中的各种服务。下面说说startService过程所涉及的Binder对象的架构图:

 

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可以看出无论是注册服务和获取服务的过程都需要ServiceManager,需要注意的是此处的Service Manager是指Native层的ServiceManager(C++),并非指framework层的ServiceManager(Java)。ServiceManager是整个Binder通信机制的大管家,是Android进程间通信机制Binder的守护进程,Client端和Server端通信时都需要先获取Service Manager接口,才能开始通信服务, 当然查找懂啊目标信息可以缓存起来则不需要每次都向ServiceManager请求。

图中Client/Server/ServiceManage之间的相互通信都是基于Binder机制。既然基于Binder机制通信,那么同样也是C/S架构,则图中的3大步骤都有相应的Client端与Server端。

  1. 注册服务:首先AMS注册到ServiceManager。该过程:AMS所在进程(system_server)是客户端,ServiceManager是服务端。
  2. 获取服务:Client进程使用AMS前,须先向ServiceManager中获取AMS的代理类AMP。该过程:AMP所在进程(app process)是客户端,ServiceManager是服务端。
  3. 使用服务: app进程根据得到的代理类AMP,便可以直接与AMS所在进程交互。该过程:AMP所在进程(app process)是客户端,AMS所在进程(system_server)是服务端。

图中的Client,Server,Service Manager之间交互都是虚线表示,是由于它们彼此之间不是直接交互的,而是都通过与Binder Driver进行交互的,从而实现IPC通信方式。其中Binder驱动位于内核空间,Client,Server,Service Manager位于用户空间。Binder驱动和Service Manager可以看做是Android平台的基础架构,而Client和Server是Android的应用层.

这3大过程每一次都是一个完整的Binder IPC过程, 接下来从源码角度, 仅介绍第3过程使用服务, 即展开AMP.startService是如何调用到AMS.startService的过程.

Tips: 如果你只想了解大致过程,并不打算细扣源码, 那么你可以略过通信过程源码分析, 仅看本文第一段落和最后段落也能对Binder所有理解.

二. IPC剖析

2.1 AMP.startService

[-> ActivityManagerNative.java ::ActivityManagerProxy]

    public ComponentName startService(IApplicationThread caller, Intent service,
                String resolvedType, String callingPackage, int userId) throws RemoteException
    {
        //获取或创建Parcel对象【见小节2.2】
        Parcel data = Parcel.obtain();
        Parcel reply = Parcel.obtain();
        data.writeInterfaceToken(IActivityManager.descriptor);
        data.writeStrongBinder(caller != null ? caller.asBinder() : null);
        service.writeToParcel(data, 0);
        //写入Parcel数据 【见小节2.3】
        data.writeString(resolvedType);
        data.writeString(callingPackage);
        data.writeInt(userId);

        //通过Binder传递数据【见小节2.5】
        mRemote.transact(START_SERVICE_TRANSACTION, data, reply, 0);
        //读取应答消息的异常情况
        reply.readException();
        //根据reply数据来创建ComponentName对象
        ComponentName res = ComponentName.readFromParcel(reply);
        //【见小节2.2.3】
        data.recycle();
        reply.recycle();
        return res;
    }

主要功能:

  • 获取或创建两个Parcel对象,data用于发送数据,reply用于接收应答数据.
  • 将startService相关数据都封装到Parcel对象data, 其中descriptor = "android.app.IActivityManager";
  • 通过Binder传递数据,并将应答消息写入reply;
  • 读取reply应答消息的异常情况和组件对象;

2.2 Parcel.obtain

[-> Parcel.java]

    public static Parcel obtain() {
        final Parcel[] pool = sOwnedPool;
        synchronized (pool) {
            Parcel p;
            //POOL_SIZE = 6
            for (int i=0; i<POOL_SIZE; i++) {
                p = pool[i];
                if (p != null) {
                    pool[i] = null;
                    return p;
                }
            }
        }
        //当缓存池没有现成的Parcel对象,则直接创建[见流程2.2.1]
        return new Parcel(0);
    }

sOwnedPool是一个大小为6,存放着parcel对象的缓存池,这样设计的目标是用于节省每次都创建Parcel对象的开销。obtain()方法的作用:

  1. 先尝试从缓存池sOwnedPool中查询是否存在缓存Parcel对象,当存在则直接返回该对象;
  2. 如果没有可用的Parcel对象,则直接创建Parcel对象。

2.2.1 new Parcel

[-> Parcel.java]

    private Parcel(long nativePtr) {
        //初始化本地指针
        init(nativePtr);
    }

    private void init(long nativePtr) {
        if (nativePtr != 0) {
            mNativePtr = nativePtr;
            mOwnsNativeParcelObject = false;
        } else {
            // 首次创建,进入该分支[见流程2.2.2]
            mNativePtr = nativeCreate();
            mOwnsNativeParcelObject = true;
        }
    }

nativeCreate这是native方法,经过JNI进入native层, 调用android_os_Parcel_create()方法.

2.2.2 android_os_Parcel_create

[-> android_os_Parcel.cpp]

    static jlong android_os_Parcel_create(JNIEnv* env, jclass clazz)
    {
        Parcel* parcel = new Parcel();
        return reinterpret_cast<jlong>(parcel);
    }

创建C++层的Parcel对象, 该对象指针强制转换为long型, 并保存到Java层的mNativePtr对象. 创建完Parcel对象利用Parcel对象写数据. 接下来以writeString为例.

2.2.3 Parcel.recycle

    public final void recycle() {
        //释放native parcel对象
        freeBuffer();
        final Parcel[] pool;
        //根据情况来选择加入相应池
        if (mOwnsNativeParcelObject) {
            pool = sOwnedPool;
        } else {
            mNativePtr = 0;
            pool = sHolderPool;
        }
        synchronized (pool) {
            for (int i=0; i<POOL_SIZE; i++) {
                if (pool[i] == null) {
                    pool[i] = this;
                    return;
                }
            }
        }
    }

将不再使用的Parcel对象放入缓存池,可回收重复利用,当缓存池已满则不再加入缓存池。这里有两个Parcel线程池,mOwnsNativeParcelObject变量来决定:

  • mOwnsNativeParcelObject=true, 即调用不带参数obtain()方法获取的对象, 回收时会放入sOwnedPool对象池;
  • mOwnsNativeParcelObject=false, 即调用带nativePtr参数的obtain(long)方法获取的对象, 回收时会放入sHolderPool对象池;

2.3 writeString

[-> Parcel.java]

    public final void writeString(String val) {
        //[见流程2.3.1]
        nativeWriteString(mNativePtr, val);
    }

2.3.1 nativeWriteString

[-> android_os_Parcel.cpp]

    static void android_os_Parcel_writeString(JNIEnv* env, jclass clazz, jlong nativePtr, jstring val)
    {
        Parcel* parcel = reinterpret_cast<Parcel*>(nativePtr);
        if (parcel != NULL) {
            status_t err = NO_MEMORY;
            if (val) {
                const jchar* str = env->GetStringCritical(val, 0);
                if (str) {
                    //[见流程2.3.2]
                    err = parcel->writeString16(
                        reinterpret_cast<const char16_t*>(str),
                        env->GetStringLength(val));
                    env->ReleaseStringCritical(val, str);
                }
            } else {
                err = parcel->writeString16(NULL, 0);
            }
            if (err != NO_ERROR) {
                signalExceptionForError(env, clazz, err);
            }
        }
    }

2.3.2 writeString16

[-> Parcel.cpp]

    status_t Parcel::writeString16(const char16_t* str, size_t len)
    {
        if (str == NULL) return writeInt32(-1);

        status_t err = writeInt32(len);
        if (err == NO_ERROR) {
            len *= sizeof(char16_t);
            uint8_t* data = (uint8_t*)writeInplace(len+sizeof(char16_t));
            if (data) {
                //数据拷贝到data所指向的位置
                memcpy(data, str, len);
                *reinterpret_cast<char16_t*>(data+len) = 0;
                return NO_ERROR;
            }
            err = mError;
        }
        return err;
    }

Tips: 除了writeString(),在Parcel.java中大量的native方法, 都是调用android_os_Parcel.cpp相对应的方法, 该方法再调用Parcel.cpp中对应的方法.

调用流程: Parcel.java --> android_os_Parcel.cpp --> Parcel.cpp.

/frameworks/base/core/java/android/os/Parcel.java
/frameworks/base/core/jni/android_os_Parcel.cpp
/frameworks/native/libs/binder/Parcel.cpp

简单说,就是

2.4 mRemote究竟为何物

mRemote的出生,要出先说说ActivityManagerProxy对象(简称AMP)创建说起, AMP是通过ActivityManagerNative.getDefault()来获取的.

2.4.1 AMN.getDefault

[-> ActivityManagerNative.java]

    static public IActivityManager getDefault() {
        // [见流程2.4.2]
        return gDefault.get();
    }

gDefault的数据类型为Singleton<IActivityManager>, 这是一个单例模式, 接下来看看Singleto.get()的过程

2.4.2 gDefault.get

    public abstract class Singleton<IActivityManager> {
        public final IActivityManager get() {
            synchronized (this) {
                if (mInstance == null) {
                    //首次调用create()来获取AMP对象[见流程2.4.3]
                    mInstance = create();
                }
                return mInstance;
            }
        }
    }

首次调用时需要创建,创建完之后保持到mInstance对象,之后可直接使用.

2.4.3 gDefault.create

    private static final Singleton<IActivityManager> gDefault = new Singleton<IActivityManager>() {
        protected IActivityManager create() {
            //获取名为"activity"的服务
            IBinder b = ServiceManager.getService("activity");
            //创建AMP对象[见流程2.4.4]
            IActivityManager am = asInterface(b);
            return am;
        }
    };

文章Binder系列7—framework层分析,可知ServiceManager.getService("activity")返回的是指向目标服务AMS的代理对象BinderProxy对象,由该代理对象可以找到目标服务AMS所在进程

2.4.4 AMN.asInterface

[-> ActivityManagerNative.java]

    public abstract class ActivityManagerNative extends Binder implements IActivityManager
    {
        static public IActivityManager asInterface(IBinder obj) {
            if (obj == null) {
                return null;
            }
            //此处obj = BinderProxy,  descriptor = "android.app.IActivityManager"; [见流程2.4.5]
            IActivityManager in = (IActivityManager)obj.queryLocalInterface(descriptor);
            if (in != null) { //此处为null
                return in;
            }
            //[见流程2.4.6]
            return new ActivityManagerProxy(obj);
        }
        ...
    }

此时obj为BinderProxy对象, 记录着远程进程system_server中AMS服务的binder线程的handle.

2.4.5 queryLocalInterface

[Binder.java]

    public class Binder implements IBinder {
        //对于Binder对象的调用,则返回值不为空
        public IInterface queryLocalInterface(String descriptor) {
            //mDescriptor的初始化在attachInterface()过程中赋值
            if (mDescriptor.equals(descriptor)) {
                return mOwner;
            }
            return null;
        }
    }

    //由上一小节[2.4.4]调用的流程便是此处,返回Null
    final class BinderProxy implements IBinder {
        //BinderProxy对象的调用, 则返回值为空
        public IInterface queryLocalInterface(String descriptor) {
            return null;
        }
    }

对于Binder IPC的过程中, 同一个进程的调用则会是asInterface()方法返回的便是本地的Binder对象;对于不同进程的调用则会是远程代理对象BinderProxy.

2.4.6 创建AMP

[-> ActivityManagerNative.java :: AMP]

    class ActivityManagerProxy implements IActivityManager
    {
        public ActivityManagerProxy(IBinder remote)
        {
            mRemote = remote;
        }
    }

可知mRemote便是指向AMS服务的BinderProxy对象。

2.5 mRemote.transact

[-> Binder.java ::BinderProxy]

    final class BinderProxy implements IBinder {
        public boolean transact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags) throws RemoteException {
            //用于检测Parcel大小是否大于800k
            Binder.checkParcel(this, code, data, "Unreasonably large binder buffer");
            //【见2.6】
            return transactNative(code, data, reply, flags);
        }
    }

mRemote.transact()方法中的code=START_SERVICE_TRANSACTION, data保存了descriptorcallerintentresolvedTypecallingPackageuserId这6项信息。

transactNative是native方法,经过jni调用android_os_BinderProxy_transact方法。

2.6 android_os_BinderProxy_transact

[-> android_util_Binder.cpp]

    static jboolean android_os_BinderProxy_transact(JNIEnv* env, jobject obj,
        jint code, jobject dataObj, jobject replyObj, jint flags)
    {
        ...
        //将java Parcel转为c++ Parcel
        Parcel* data = parcelForJavaObject(env, dataObj);
        Parcel* reply = parcelForJavaObject(env, replyObj);

        //gBinderProxyOffsets.mObject中保存的是new BpBinder(handle)对象
        IBinder* target = (IBinder*) env->GetLongField(obj, gBinderProxyOffsets.mObject);
        ...

        //此处便是BpBinder::transact()【见小节2.7】
        status_t err = target->transact(code, *data, reply, flags);
        ...

        //最后根据transact执行具体情况,抛出相应的Exception
        signalExceptionForError(env, obj, err, true , data->dataSize());
        return JNI_FALSE;
    }

gBinderProxyOffsets.mObject中保存的是BpBinder对象, 这是开机时Zygote调用AndroidRuntime::startReg方法来完成jni方法的注册.

其中register_android_os_Binder()过程就有一个初始并注册BinderProxy的操作,完成gBinderProxyOffsets的赋值过程. 接下来就进入该方法.

2.7 BpBinder.transact

[-> BpBinder.cpp]

    status_t BpBinder::transact(
        uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)
    {
        if (mAlive) {
            // 【见小节2.8】
            status_t status = IPCThreadState::self()->transact(
                mHandle, code, data, reply, flags);
            if (status == DEAD_OBJECT) mAlive = 0;
            return status;
        }
        return DEAD_OBJECT;
    }

IPCThreadState::self()采用单例模式,保证每个线程只有一个实例对象。

2.8 IPC.transact

[-> IPCThreadState.cpp]

    status_t IPCThreadState::transact(int32_t handle,
                                      uint32_t code, const Parcel& data,
                                      Parcel* reply, uint32_t flags)
    {
        status_t err = data.errorCheck(); //数据错误检查
        flags |= TF_ACCEPT_FDS;
        ....
        if (err == NO_ERROR) {
             // 传输数据 【见小节2.9】
            err = writeTransactionData(BC_TRANSACTION, flags, handle, code, data, NULL);
        }

        if (err != NO_ERROR) {
            if (reply) reply->setError(err);
            return (mLastError = err);
        }

        // 默认情况下,都是采用非oneway的方式, 也就是需要等待服务端的返回结果
        if ((flags & TF_ONE_WAY) == 0) {
            if (reply) {
                //reply对象不为空 【见小节2.10】
                err = waitForResponse(reply);
            }else {
                Parcel fakeReply;
                err = waitForResponse(&fakeReply);
            }
        } else {
            err = waitForResponse(NULL, NULL);
        }
        return err;
    }

transact主要过程:

  • 先执行writeTransactionData()已向Parcel数据类型的mOut写入数据,此时mIn还没有数据;
  • 然后执行waitForResponse()方法,循环执行,直到收到应答消息. 调用talkWithDriver()跟驱动交互,收到应答消息,便会写入mIn, 则根据收到的不同响应吗,执行相应的操作。

此处调用waitForResponse根据是否有设置TF_ONE_WAY的标记:

  • 当已设置oneway时, 则调用waitForResponse(NULL, NULL);
  • 当未设置oneway时, 则调用waitForResponse(reply) 或 waitForResponse(&fakeReply)

2.9 IPC.writeTransactionData

[-> IPCThreadState.cpp]

    status_t IPCThreadState::writeTransactionData(int32_t cmd, uint32_t binderFlags,
        int32_t handle, uint32_t code, const Parcel& data, status_t* statusBuffer)
    {
        binder_transaction_data tr;

        tr.target.ptr = 0;
        tr.target.handle = handle; // handle指向AMS
        tr.code = code;            // START_SERVICE_TRANSACTION
        tr.flags = binderFlags;    // 0
        tr.cookie = 0;
        tr.sender_pid = 0;
        tr.sender_euid = 0;

        const status_t err = data.errorCheck();
        if (err == NO_ERROR) {
            // data为startService相关信息
            tr.data_size = data.ipcDataSize();   // mDataSize
            tr.data.ptr.buffer = data.ipcData(); // mData指针
            tr.offsets_size = data.ipcObjectsCount()*sizeof(binder_size_t); //mObjectsSize
            tr.data.ptr.offsets = data.ipcObjects(); //mObjects指针
        }
        ...
        mOut.writeInt32(cmd);         //cmd = BC_TRANSACTION
        mOut.write(&tr, sizeof(tr));  //写入binder_transaction_data数据
        return NO_ERROR;
    }

将数据写入mOut

2.10 IPC.waitForResponse

    status_t IPCThreadState::waitForResponse(Parcel *reply, status_t *acquireResult)
    {
        int32_t cmd;
        int32_t err;

        while (1) {
            if ((err=talkWithDriver()) < NO_ERROR) break; // 【见小节2.11】
            err = mIn.errorCheck();
            if (err < NO_ERROR) break; //当存在error则退出循环

            if (mIn.dataAvail() == 0) continue;  //mIn有数据则往下执行

            cmd = mIn.readInt32();

            switch (cmd) {
            case BR_TRANSACTION_COMPLETE: ... goto finish;
            case BR_DEAD_REPLY: ...           goto finish;
            case BR_FAILED_REPLY: ...         goto finish;
            case BR_REPLY: ...                goto finish;


            default:
                err = executeCommand(cmd);  //【见小节2.10.1】
                if (err != NO_ERROR) goto finish;
                break;
            }
        }

    finish:
        if (err != NO_ERROR) {
            if (reply) reply->setError(err); //将发送的错误代码返回给最初的调用者
        }
        return err;
    }

在这个过程中, 常见的几个BR_命令:

  • BR_TRANSACTION_COMPLETE: binder驱动收到BC_TRANSACTION事件后的应答消息; 对于oneway transaction,当收到该消息,则完成了本次Binder通信;
  • BR_DEAD_REPLY: 回复失败,往往是线程或节点为空. 则结束本次通信Binder;
  • BR_FAILED_REPLY:回复失败,往往是transaction出错导致. 则结束本次通信Binder;
  • BR_REPLY: Binder驱动向Client端发送回应消息; 对于非oneway transaction时,当收到该消息,则完整地完成本次Binder通信;

规律: BC_TRANSACTION + BC_REPLY = BR_TRANSACTION_COMPLETE + BR_DEAD_REPLY + BR_FAILED_REPLY

2.10.1 IPC.executeCommand

    status_t IPCThreadState::executeCommand(int32_t cmd)
    {
        BBinder* obj;
        RefBase::weakref_type* refs;
        status_t result = NO_ERROR;

        switch ((uint32_t)cmd) {
        case BR_ERROR: ...
        case BR_OK: ...
        case BR_ACQUIRE: ...
        case BR_RELEASE: ...
        case BR_INCREFS: ...
        case BR_TRANSACTION: ... //Binder驱动向Server端发送消息
        case BR_DEAD_BINDER: ...
        case BR_CLEAR_DEATH_NOTIFICATION_DONE: ...
        case BR_NOOP: ...
        case BR_SPAWN_LOOPER: ... //创建新binder线程
        default: ...
        }
    }

处于剩余的BR_命令.

2.11 IPC.talkWithDriver

    //mOut有数据,mIn还没有数据。doReceive默认值为true
    status_t IPCThreadState::talkWithDriver(bool doReceive)
    {
        binder_write_read bwr;

        const bool needRead = mIn.dataPosition() >= mIn.dataSize();
        const size_t outAvail = (!doReceive || needRead) ? mOut.dataSize() : 0;

        bwr.write_size = outAvail;
        bwr.write_buffer = (uintptr_t)mOut.data();

        if (doReceive && needRead) {
            //接收数据缓冲区信息的填充。当收到驱动的数据,则写入mIn
            bwr.read_size = mIn.dataCapacity();
            bwr.read_buffer = (uintptr_t)mIn.data();
        } else {
            bwr.read_size = 0;
            bwr.read_buffer = 0;
        }

        // 当同时没有输入和输出数据则直接返回
        if ((bwr.write_size == 0) && (bwr.read_size == 0)) return NO_ERROR;

        bwr.write_consumed = 0;
        bwr.read_consumed = 0;
        status_t err;
        do {
            //ioctl不停的读写操作,经过syscall,进入Binder驱动。调用Binder_ioctl【小节3.1】
            if (ioctl(mProcess->mDriverFD, BINDER_WRITE_READ, &bwr) >= 0)
                err = NO_ERROR;
            else
                err = -errno;
            ...
        } while (err == -EINTR);

        if (err >= NO_ERROR) {
            if (bwr.write_consumed > 0) {
                if (bwr.write_consumed < mOut.dataSize())
                    mOut.remove(0, bwr.write_consumed);
                else
                    mOut.setDataSize(0);
            }
            if (bwr.read_consumed > 0) {
                mIn.setDataSize(bwr.read_consumed);
                mIn.setDataPosition(0);
            }
            return NO_ERROR;
        }
        return err;
    }

binder_write_read结构体用来与Binder设备交换数据的结构, 通过ioctl与mDriverFD通信,是真正与Binder驱动进行数据读写交互的过程。 ioctl()方法经过syscall最终调用到Binder_ioctl()方法.

三、Binder driver

3.1 binder_ioctl

[-> Binder.c]

由【小节2.11】传递过出来的参数 cmd=BINDER_WRITE_READ

    static long binder_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
    {
        int ret;
        struct binder_proc *proc = filp->private_data;
        struct binder_thread *thread;

        //当binder_stop_on_user_error>=2时,则该线程加入等待队列并进入休眠状态. 该值默认为0
        ret = wait_event_interruptible(binder_user_error_wait, binder_stop_on_user_error < 2);
        ...
        binder_lock(__func__);
        //查找或创建binder_thread结构体
        thread = binder_get_thread(proc);
        ...
        switch (cmd) {
            case BINDER_WRITE_READ:
                //【见小节3.2】
                ret = binder_ioctl_write_read(filp, cmd, arg, thread);
                break;
            ...
        }
        ret = 0;

    err:
        if (thread)
            thread->looper &= ~BINDER_LOOPER_STATE_NEED_RETURN;
        binder_unlock(__func__);
        wait_event_interruptible(binder_user_error_wait, binder_stop_on_user_error < 2);
        return ret;
    }

首先,根据传递过来的文件句柄指针获取相应的binder_proc结构体, 再从中查找binder_thread,如果当前线程已经加入到proc的线程队列则直接返回,
如果不存在则创建binder_thread,并将当前线程添加到当前的proc.

  • 当返回值为-ENOMEM,则意味着内存不足,往往会出现创建binder_thread对象失败;
  • 当返回值为-EINVAL,则意味着CMD命令参数无效;

3.2 binder_ioctl_write_read

    static int binder_ioctl_write_read(struct file *filp,
                    unsigned int cmd, unsigned long arg,
                    struct binder_thread *thread)
    {
        int ret = 0;
        struct binder_proc *proc = filp->private_data;
        unsigned int size = _IOC_SIZE(cmd);
        void __user *ubuf = (void __user *)arg;
        struct binder_write_read bwr;
        if (size != sizeof(struct binder_write_read)) {
            ret = -EINVAL;
            goto out;
        }
        //将用户空间bwr结构体拷贝到内核空间
        if (copy_from_user(&bwr, ubuf, sizeof(bwr))) {
            ret = -EFAULT;
            goto out;
        }

        if (bwr.write_size > 0) {
            //将数据放入目标进程【见小节3.3】
            ret = binder_thread_write(proc, thread,
                          bwr.write_buffer,
                          bwr.write_size,
                          &bwr.write_consumed);
            //当执行失败,则直接将内核bwr结构体写回用户空间,并跳出该方法
            if (ret < 0) {
                bwr.read_consumed = 0;
                if (copy_to_user_preempt_disabled(ubuf, &bwr, sizeof(bwr)))
                    ret = -EFAULT;
                goto out;
            }
        }
        if (bwr.read_size > 0) {
            //读取自己队列的数据 【见小节3.5】
            ret = binder_thread_read(proc, thread, bwr.read_buffer,
                 bwr.read_size,
                 &bwr.read_consumed,
                 filp->f_flags & O_NONBLOCK);
            //当进程的todo队列有数据,则唤醒在该队列等待的进程
            if (!list_empty(&proc->todo))
                wake_up_interruptible(&proc->wait);
            //当执行失败,则直接将内核bwr结构体写回用户空间,并跳出该方法
            if (ret < 0) {
                if (copy_to_user_preempt_disabled(ubuf, &bwr, sizeof(bwr)))
                    ret = -EFAULT;
                goto out;
            }
        }

        if (copy_to_user(ubuf, &bwr, sizeof(bwr))) {
            ret = -EFAULT;
            goto out;
        }
    out:
        return ret;
    }   

此时arg是一个binder_write_read结构体,mOut数据保存在write_buffer,所以write_size>0,但此时read_size=0。首先,将用户空间bwr结构体拷贝到内核空间,然后执行binder_thread_write()操作.

3.3 binder_thread_write

    static int binder_thread_write(struct binder_proc *proc,
                struct binder_thread *thread,
                binder_uintptr_t binder_buffer, size_t size,
                binder_size_t *consumed)
    {
        uint32_t cmd;
        void __user *buffer = (void __user *)(uintptr_t)binder_buffer;
        void __user *ptr = buffer + *consumed;
        void __user *end = buffer + size;
        while (ptr < end && thread->return_error == BR_OK) {
            //拷贝用户空间的cmd命令,此时为BC_TRANSACTION
            if (get_user(cmd, (uint32_t __user *)ptr)) -EFAULT;
            ptr += sizeof(uint32_t);
            switch (cmd) {
            case BC_TRANSACTION:
            case BC_REPLY: {
                struct binder_transaction_data tr;
                //拷贝用户空间的binder_transaction_data
                if (copy_from_user(&tr, ptr, sizeof(tr)))   return -EFAULT;
                ptr += sizeof(tr);
                // 见小节3.4】
                binder_transaction(proc, thread, &tr, cmd == BC_REPLY);
                break;
            }
            ...
        }
        *consumed = ptr - buffer;
      }
      return 0;
    }

不断从binder_buffer所指向的地址获取cmd, 当只有BC_TRANSACTION或者BC_REPLY时, 则调用binder_transaction()来处理事务.

3.4 binder_transaction

发送的是BC_TRANSACTION时,此时reply=0。

    static void binder_transaction(struct binder_proc *proc,
                   struct binder_thread *thread,
                   struct binder_transaction_data *tr, int reply){
         struct binder_transaction *t;
         struct binder_work *tcomplete;
         binder_size_t *offp, *off_end;
         binder_size_t off_min;
         struct binder_proc *target_proc;
         struct binder_thread *target_thread = NULL;
         struct binder_node *target_node = NULL;
         struct list_head *target_list;
         wait_queue_head_t *target_wait;
         struct binder_transaction *in_reply_to = NULL;

        if (reply) {
            ...
        }else {
            if (tr->target.handle) {
                struct binder_ref *ref;
                // 由handle 找到相应 binder_ref, 由binder_ref 找到相应 binder_node
                ref = binder_get_ref(proc, tr->target.handle);
                target_node = ref->node;
            } else {
                target_node = binder_context_mgr_node;
            }
            // 由binder_node 找到相应 binder_proc
            target_proc = target_node->proc;
        }


        if (target_thread) {
            e->to_thread = target_thread->pid;
            target_list = &target_thread->todo;
            target_wait = &target_thread->wait;
        } else {
            //首次执行target_thread为空
            target_list = &target_proc->todo;
            target_wait = &target_proc->wait;
        }

        t = kzalloc(sizeof(*t), GFP_KERNEL);
        tcomplete = kzalloc(sizeof(*tcomplete), GFP_KERNEL);

        //非oneway的通信方式,把当前thread保存到transaction的from字段
        if (!reply && !(tr->flags & TF_ONE_WAY))
            t->from = thread;
        else
            t->from = NULL;

        t->sender_euid = task_euid(proc->tsk);
        t->to_proc = target_proc; //此次通信目标进程为system_server
        t->to_thread = target_thread;
        t->code = tr->code;  //此次通信code = START_SERVICE_TRANSACTION
        t->flags = tr->flags;  // 此次通信flags = 0
        t->priority = task_nice(current);

        //从目标进程中分配内存空间
        t->buffer = binder_alloc_buf(target_proc, tr->data_size,
            tr->offsets_size, !reply && (t->flags & TF_ONE_WAY));

        t->buffer->allow_user_free = 0;
        t->buffer->transaction = t;
        t->buffer->target_node = target_node;

        if (target_node)
            binder_inc_node(target_node, 1, 0, NULL); //引用计数加1
        offp = (binder_size_t *)(t->buffer->data + ALIGN(tr->data_size, sizeof(void *)));

        //分别拷贝用户空间的binder_transaction_data中ptr.buffer和ptr.offsets到内核
        copy_from_user(t->buffer->data, (const void __user *)(uintptr_t)tr->data.ptr.buffer, tr->data_size);
        copy_from_user(offp, (const void __user *)(uintptr_t)tr->data.ptr.offsets, tr->offsets_size);

        off_end = (void *)offp + tr->offsets_size;

        for (; offp < off_end; offp++) {
            struct flat_binder_object *fp;
            fp = (struct flat_binder_object *)(t->buffer->data + *offp);
            off_min = *offp + sizeof(struct flat_binder_object);
            switch (fp->type) {
            ...
            case BINDER_TYPE_HANDLE:
            case BINDER_TYPE_WEAK_HANDLE: {
                //处理引用计数情况
                struct binder_ref *ref = binder_get_ref(proc, fp->handle);
                if (ref->node->proc == target_proc) {
                    if (fp->type == BINDER_TYPE_HANDLE)
                        fp->type = BINDER_TYPE_BINDER;
                    else
                        fp->type = BINDER_TYPE_WEAK_BINDER;
                    fp->binder = ref->node->ptr;
                    fp->cookie = ref->node->cookie;
                    binder_inc_node(ref->node, fp->type == BINDER_TYPE_BINDER, 0, NULL);
                } else {    
                    struct binder_ref *new_ref;
                    new_ref = binder_get_ref_for_node(target_proc, ref->node);
                    fp->handle = new_ref->desc;
                    binder_inc_ref(new_ref, fp->type == BINDER_TYPE_HANDLE, NULL);
                }
            } break;
            ...

            default:
                return_error = BR_FAILED_REPLY;
                goto err_bad_object_type;
            }
        }

        if (reply) {
            binder_pop_transaction(target_thread, in_reply_to);
        } else if (!(t->flags & TF_ONE_WAY)) {
            //非reply 且 非oneway,则设置事务栈信息
            t->need_reply = 1;
            t->from_parent = thread->transaction_stack;
            thread->transaction_stack = t;
        } else {
            //非reply 且 oneway,则加入异步todo队列
            if (target_node->has_async_transaction) {
                target_list = &target_node->async_todo;
                target_wait = NULL;
            } else
                target_node->has_async_transaction = 1;
        }

        //将新事务添加到目标队列
        t->work.type = BINDER_WORK_TRANSACTION;
        list_add_tail(&t->work.entry, target_list);

        //将BINDER_WORK_TRANSACTION_COMPLETE添加到当前线程的todo队列
        tcomplete->type = BINDER_WORK_TRANSACTION_COMPLETE;
        list_add_tail(&tcomplete->entry, &thread->todo);
        if (target_wait)
            wake_up_interruptible(target_wait); //唤醒等待队列
        return;
    }


主要功能:

1. 查询目标进程的过程: handle -> binder_ref -> binder_node -> binder_proc
2. 将`BINDER_WORK_TRANSACTION`添加到目标队列target_list, 首次发起事务则目标队列为`target_proc->todo`, reply事务时则为`target_thread->todo`;  oneway的非reply事务,则为`target_node->async_todo`.
3. 将`BINDER_WORK_TRANSACTION_COMPLETE`添加到当前线程的todo队列

此时当前线程的todo队列已经有事务, 接下来便会进入binder_thread_read()来处理相关的事务.

#### 3.5 binder_thread_read


```java
    binder_thread_read(){
        //当已使用字节数为0时,将BR_NOOP响应码放入指针ptr
        if (*consumed == 0) {
                if (put_user(BR_NOOP, (uint32_t __user *)ptr))
                    return -EFAULT;
                ptr += sizeof(uint32_t);
            }
    retry:
        //todo队列有数据,则为false
        wait_for_proc_work = thread->transaction_stack == NULL &&
                list_empty(&thread->todo);
        if (wait_for_proc_work) {
            if (non_block) {
                ...
            } else
                //当todo队列没有数据,则线程便在此处等待数据的到来
                ret = wait_event_freezable_exclusive(proc->wait, binder_has_proc_work(proc, thread));
        } else {
            if (non_block) {
                ...
            } else
                //进入此分支,  当线程没有todo队列没有数据, 则进入当前线程wait队列等待
                ret = wait_event_freezable(thread->wait, binder_has_thread_work(thread));
        }
        if (ret)
            return ret; //对于非阻塞的调用,直接返回

        while (1) {

            uint32_t cmd;
            struct binder_transaction_data tr;
            struct binder_work *w;
            struct binder_transaction *t = NULL;
            //先考虑从线程todo队列获取事务数据
            if (!list_empty(&thread->todo)) {
                w = list_first_entry(&thread->todo, struct binder_work, entry);
            // 线程todo队列没有数据, 则从进程todo对获取事务数据
            } else if (!list_empty(&proc->todo) && wait_for_proc_work) {
                w = list_first_entry(&proc->todo, struct binder_work, entry);
            } else {
                //没有数据,则返回retry
                if (ptr - buffer == 4 &&
                    !(thread->looper & BINDER_LOOPER_STATE_NEED_RETURN))
                    goto retry;
                break;
            }

            switch (w->type) {
                case BINDER_WORK_TRANSACTION:
                    //获取transaction数据
                    t = container_of(w, struct binder_transaction, work);
                    break;

                case BINDER_WORK_TRANSACTION_COMPLETE:
                    cmd = BR_TRANSACTION_COMPLETE;
                    //将BR_TRANSACTION_COMPLETE写入*ptr.
                    put_user(cmd, (uint32_t __user *)ptr)list_del(&w->entry);
                    kfree(w);
                    break;

                case BINDER_WORK_NODE: ...    break;
                case BINDER_WORK_DEAD_BINDER:
                case BINDER_WORK_DEAD_BINDER_AND_CLEAR:
                case BINDER_WORK_CLEAR_DEATH_NOTIFICATION: ...   break;
            }

            if (!t)
                continue; //只有BINDER_WORK_TRANSACTION命令才能继续往下执行

            if (t->buffer->target_node) {
                //获取目标node
                struct binder_node *target_node = t->buffer->target_node;
                tr.target.ptr = target_node->ptr;
                tr.cookie =  target_node->cookie;
                t->saved_priority = task_nice(current);
                ...
                cmd = BR_TRANSACTION;  //设置命令为BR_TRANSACTION
            } else {
                tr.target.ptr = NULL;
                tr.cookie = NULL;
                cmd = BR_REPLY; //设置命令为BR_REPLY
            }
            tr.code = t->code;
            tr.flags = t->flags;
            tr.sender_euid = t->sender_euid;

            if (t->from) {
                struct task_struct *sender = t->from->proc->tsk;
                tr.sender_pid = task_tgid_nr_ns(sender,
                                current->nsproxy->pid_ns);
            } else {
                tr.sender_pid = 0;
            }

            tr.data_size = t->buffer->data_size;
            tr.offsets_size = t->buffer->offsets_size;
            tr.data.ptr.buffer = (void *)t->buffer->data +
                        proc->user_buffer_offset;
            tr.data.ptr.offsets = tr.data.ptr.buffer +
                        ALIGN(t->buffer->data_size,
                            sizeof(void *));

            //将cmd和数据写回用户空间
            if (put_user(cmd, (uint32_t __user *)ptr))
                return -EFAULT;
            ptr += sizeof(uint32_t);
            if (copy_to_user(ptr, &tr, sizeof(tr)))
                return -EFAULT;
            ptr += sizeof(tr);

            list_del(&t->work.entry);
            t->buffer->allow_user_free = 1;
            if (cmd == BR_TRANSACTION && !(t->flags & TF_ONE_WAY)) {
                t->to_parent = thread->transaction_stack;
                t->to_thread = thread;
                thread->transaction_stack = t;
            } else {
                t->buffer->transaction = NULL;
                kfree(t); //通信完成,则运行释放
            }
            break;
        }
    done:
        *consumed = ptr - buffer;
        //当满足请求线程加已准备线程数等于0,已启动线程数小于最大线程数(15),
        //且looper状态为已注册或已进入时创建新的线程。
        if (proc->requested_threads + proc->ready_threads == 0 &&
            proc->requested_threads_started < proc->max_threads &&
            (thread->looper & (BINDER_LOOPER_STATE_REGISTERED |
             BINDER_LOOPER_STATE_ENTERED))) {
            proc->requested_threads++;
            // 生成BR_SPAWN_LOOPER命令,用于创建新的线程
            put_user(BR_SPAWN_LOOPER, (uint32_t __user *)buffer)}
        return 0;
    }
  • 当收到的是BINDER_WORK_TRANSACTION_COMPLETE, 则将命令BR_TRANSACTION_COMPLETE写回用户空间.
  • 当收到的是BINDER_WORK_TRANSACTION命令, 则将命令BR_TRANSACTION或BR_TRANSACTION写回用户空间.

四. 回到用户空间

4.1 何去何从

  1. 执行完binder_thread_write方法后, 通过binder_transaction()首先写入BINDER_WORK_TRANSACTION_COMPLETE写入当前线程.
  2. 这时bwr.read_size > 0, 回到binder_ioctl_write_read方法, 便开始执行binder_thread_read();
  3. 在binder_thread_read()方法, 将获取cmd=BR_TRANSACTION_COMPLETE, 再将cmd和数据写回用户空间;
  4. 一次Binder_ioctl完成,接着回调用户空间方法talkWithDriver(),并且刚才的数据写入mIn.
  5. 这时mIn有可读数据, 回到waitForResponse()方法,完成BR_TRANSACTION_COMPLETE过程.
  6. 再回退到transact()方法, 对于oneway的操作, 这次Binder通信便完成, 否则还是要等待Binder服务端的返回.

对于startService过程, 显然没有指定oneway的方式,那么发起者进程还会继续停留在waitForResponse()方法,等待收到BR_REPLY消息. 由于在前面binder_transaction过程中,除了向自己所在线程写入了BINDER_WORK_TRANSACTION_COMPLETE, 还向目标进程(此处为system_server)写入了BINDER_WORK_TRANSACTION命令. 而此时system_server进程的binder线程一旦空闲便是停留在binder_thread_read()方法来处理进程/线程新的事务, 收到的是BINDER_WORK_TRANSACTION命令, 经过binder_thread_read()后生成命令BR_TRANSACTION.同样的流程.

接下来,从system_server的binder线程一直的执行流: IPC.joinThreadPool --> IPC.getAndExecuteCommand() -> IPC.talkWithDriver() ,但talkWithDriver收到事务之后, 便进入IPC.executeCommand(), 接下来,从executeCommand说起.

4.2 IPC.executeCommand

    status_t IPCThreadState::executeCommand(int32_t cmd)
    {
        BBinder* obj;
        RefBase::weakref_type* refs;
        status_t result = NO_ERROR;

        switch ((uint32_t)cmd) {
            ...
            case BR_TRANSACTION:
            {
                binder_transaction_data tr;
                result = mIn.read(&tr, sizeof(tr)); //读取mIn数据
                if (result != NO_ERROR) break;

                Parcel buffer;
                buffer.ipcSetDataReference(
                    reinterpret_cast<const uint8_t*>(tr.data.ptr.buffer),
                    tr.data_size,
                    reinterpret_cast<const binder_size_t*>(tr.data.ptr.offsets),
                    tr.offsets_size/sizeof(binder_size_t), freeBuffer, this);

                const pid_t origPid = mCallingPid;
                const uid_t origUid = mCallingUid;
                const int32_t origStrictModePolicy = mStrictModePolicy;
                const int32_t origTransactionBinderFlags = mLastTransactionBinderFlags;

                mCallingPid = tr.sender_pid;
                mCallingUid = tr.sender_euid;
                mLastTransactionBinderFlags = tr.flags;

                int curPrio = getpriority(PRIO_PROCESS, mMyThreadId);
                if (gDisableBackgroundScheduling) {
                    ... //不进入此分支
                } else {
                    if (curPrio >= ANDROID_PRIORITY_BACKGROUND) {
                        set_sched_policy(mMyThreadId, SP_BACKGROUND);
                    }
                }

                Parcel reply;
                status_t error;
                if (tr.target.ptr) {
                    //尝试通过弱引用获取强引用
                    if (reinterpret_cast<RefBase::weakref_type*>(
                            tr.target.ptr)->attemptIncStrong(this)) {
                        // tr.cookie里存放的是BBinder子类JavaBBinder [见流程4.3]
                        error = reinterpret_cast<BBinder*>(tr.cookie)->transact(tr.code, buffer,
                                &reply, tr.flags);
                        reinterpret_cast<BBinder*>(tr.cookie)->decStrong(this);
                    } else {
                        error = UNKNOWN_TRANSACTION;
                    }

                } else {
                    error = the_context_object->transact(tr.code, buffer, &reply, tr.flags);
                }

                if ((tr.flags & TF_ONE_WAY) == 0) {
                    if (error < NO_ERROR) reply.setError(error);
                    sendReply(reply, 0);
                }
                ...
            }
            break;
            ...
        }
        if (result != NO_ERROR) {
            mLastError = result;
        }
        return result;
    }

4.3 BBinder.transact

[-> Binder.cpp ::BBinder ]

    status_t BBinder::transact(
        uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)
    {
        data.setDataPosition(0);

        status_t err = NO_ERROR;
        switch (code) {
            case PING_TRANSACTION:
                reply->writeInt32(pingBinder());
                break;
            default:
                err = onTransact(code, data, reply, flags); //【见流程4.4】
                break;
        }

        if (reply != NULL) {
            reply->setDataPosition(0);
        }

        return err;
    }

4.4 JavaBBinder.onTransact

[-> android_util_Binder.cpp]

    virtual status_t onTransact(
        uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags = 0)
    {
        JNIEnv* env = javavm_to_jnienv(mVM);

        IPCThreadState* thread_state = IPCThreadState::self();

        //调用Binder.execTransact [见流程4.5]
        jboolean res = env->CallBooleanMethod(mObject, gBinderOffsets.mExecTransact,
            code, reinterpret_cast<jlong>(&data), reinterpret_cast<jlong>(reply), flags);

        jthrowable excep = env->ExceptionOccurred();
        if (excep) {
            res = JNI_FALSE;
            //发生异常, 则清理JNI本地引用
            env->DeleteLocalRef(excep);
        }
        ...

        return res != JNI_FALSE ? NO_ERROR : UNKNOWN_TRANSACTION;
    }

还记得AndroidRuntime::startReg过程吗, 其中有一个过程便是register_android_os_Binder(),该过程会把gBinderOffsets.mExecTransact便是Binder.java中的execTransact()方法.详见见Binder系列7—framework层分析文章中的第二节初始化的过程.

另外,此处mObject是在服务注册addService过程,会调用writeStrongBinder方法, 将Binder对象传入了JavaBBinder构造函数的参数, 最终赋值给mObject. 在本次通信过程中Object为ActivityManagerNative对象.

此处斗转星移, 从C++代码回到了Java代码. 进入AMN.execTransact, 由于AMN继续于Binder对象, 接下来进入Binder.execTransact

4.5 Binder.execTransact

[Binder.java]

    private boolean execTransact(int code, long dataObj, long replyObj,
            int flags) {
        Parcel data = Parcel.obtain(dataObj);
        Parcel reply = Parcel.obtain(replyObj);

        boolean res;
        try {
            // 调用子类AMN.onTransact方法 [见流程4.6]
            res = onTransact(code, data, reply, flags);
        } catch (RemoteException e) {
            if ((flags & FLAG_ONEWAY) != 0) {
                ...
            } else {
                //非oneway的方式,则会将异常写回reply
                reply.setDataPosition(0);
                reply.writeException(e);
            }
            res = true;
        } catch (RuntimeException e) {
            if ((flags & FLAG_ONEWAY) != 0) {
                ...
            } else {
                reply.setDataPosition(0);
                reply.writeException(e);
            }
            res = true;
        } catch (OutOfMemoryError e) {
            RuntimeException re = new RuntimeException("Out of memory", e);
            reply.setDataPosition(0);
            reply.writeException(re);
            res = true;
        }
        reply.recycle();
        data.recycle();
        return res;
    }

当发生RemoteException, RuntimeException, OutOfMemoryError, 对于非oneway的情况下都会把异常传递给调用者.

4.6 AMN.onTransact

[-> ActivityManagerNative.java]

    public boolean onTransact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags)
            throws RemoteException {
        switch (code) {
        ...
         case START_SERVICE_TRANSACTION: {
            data.enforceInterface(IActivityManager.descriptor);
            IBinder b = data.readStrongBinder();
            //生成ApplicationThreadNative的代理对象,即ApplicationThreadProxy对象
            IApplicationThread app = ApplicationThreadNative.asInterface(b);
            Intent service = Intent.CREATOR.createFromParcel(data);
            String resolvedType = data.readString();
            String callingPackage = data.readString();
            int userId = data.readInt();
            //调用ActivityManagerService的startService()方法【见流程4.7】
            ComponentName cn = startService(app, service, resolvedType, callingPackage, userId);
            reply.writeNoException();
            ComponentName.writeToParcel(cn, reply);
            return true;
        }
    }

4.7 AMS.startService

    public ComponentName startService(IApplicationThread caller, Intent service,
            String resolvedType, String callingPackage, int userId)
            throws TransactionTooLargeException {

        synchronized(this) {
            ...
            ComponentName res = mServices.startServiceLocked(caller, service,
                    resolvedType, callingPid, callingUid, callingPackage, userId);
            Binder.restoreCallingIdentity(origId);
            return res;
        }
    }

历经千山万水, 总算是进入了AMS.startService. 当system_server收到BR_TRANSACTION的过程后, 再经历一个类似的过程,将事件告知app所在进程service启动完成.过程基本一致,此处就不再展开.

五. 总结

本文详细地介绍如何从AMP.startService是如何通过Binder一步步调用进入到system_server进程的AMS.startService. 整个过程涉及Java framework, native, kernel driver各个层面知识. 仅仅一个Binder IPC调用, 就花费了如此大篇幅来讲解, 可见系统之庞大. 整个过程的调用流程:

5.1 通信流程

从通信流程角度来看整个过程:

 

技术分享
 

 

前面第二至第四段落,主要讲解过程 BC_TRANSACTION --> BR_TRANSACTION_COMPLETE --> BR_TRANSACTION.
有兴趣的同学可以再看看后面3个事务的处理:BC_REPLY --> BR_TRANSACTION_COMPLETE --> BR_REPLY,这两个流程基本是一致的.

5.2 通信协议

从通信协议的角度来看这个过程:

 

技术分享
 

 

  • Binder客户端或者服务端向Binder Driver发送的命令都是以BC_开头,例如本文的BC_TRANSACTIONBC_REPLY, 所有Binder Driver向Binder客户端或者服务端发送的命令则都是以BR_开头, 例如本文中的BR_TRANSACTIONBR_REPLY.
  • 只有当BC_TRANSACTION或者BC_REPLY时, 才调用binder_transaction()来处理事务. 并且都会回应调用者一个BINDER_WORK_TRANSACTION_COMPLETE事务, 经过binder_thread_read()会转变成BR_TRANSACTION_COMPLETE.
  • startService过程便是一个非oneway的过程, 那么oneway的通信过程如下所述.

5.3 说一说oneway

上图是非oneway通信过程的协议图, 下图则是对于oneway场景下的通信协议图:

 

技术分享
 

 

当收到BR_TRANSACTION_COMPLETE则程序返回,有人可能觉得好奇,为何oneway怎么还要等待回应消息? 我举个例子,你就明白了.

你(app进程)要给远方的家人(system_server进程)邮寄一封信(transaction), 你需要通过邮寄员(Binder Driver)来完成.整个过程如下:

  1. 你把信交给邮寄员(BC_TRANSACTION);
  2. 邮寄员收到信后, 填一张单子给你作为一份回执(BR_TRANSACTION_COMPLETE). 这样你才放心知道邮递员已确定接收信, 否则就这样走了,信到底有没有交到邮递员手里都不知道,这样的通信实在太让人不省心, 长时间收不到远方家人的回信, 无法得知是在路的中途信件丢失呢,还是压根就没有交到邮递员的手里. 所以说oneway也得知道信是投递状态是否成功.
  3. 邮递员利用交通工具(Binder Driver),将信交给了你的家人(BR_TRANSACTION);

当你收到回执(BR_TRANSACTION_COMPLETE)时心里也不期待家人回信, 那么这便是一次oneway的通信过程.

如果你希望家人回信, 那便是非oneway的过程,在上述步骤2后并不是直接返回,而是继续等待着收到家人的回信, 经历前3个步骤之后继续执行:

  1. 家人收到信后, 立马写了个回信交给邮递员BC_REPLY;
  2. 同样,邮递员要写一个回执(BR_TRANSACTION_COMPLETE)给你家人;
  3. 邮递员再次利用交通工具(Binder Driver), 将回信成功交到你的手上(BR_REPLY)

这便是一次完成的非oneway通信过程.

oneway与非oneway: 都是需要等待Binder Driver的回应消息BR_TRANSACTION_COMPLETE. 主要区别在于oneway的通信收到BR_TRANSACTION_COMPLETE则返回,而不会再等待BR_REPLY消息的到来.











以上是关于彻底理解 Android Binder 通信架构的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

Binder问题分享

android Binder机制

深入理解Binder

源码分析——从AIDL的使用开始理解Binder进程间通信的流程

Android 手写Binder 教你理解android中的进程间通信

Android开发之漫漫长途 IX——彻底掌握Binder