关于Binder （AIDL）的 oneway 机制

Posted 2021-05-23 Jason_Lee155

本系列：

Android-Binder进程间通讯机制-多图详解

一次Binder通信最大可以传输多大的数据？

关于Binder （AIDL）的 oneway 机制

开篇总结

Binder 是 android 中的 IPC（进程间通信）的最要一环，它的作用就是：

• 异步调用（单个binder请求）
  应用向 binder 驱动发送数据后不需要挂起线程等待 binder 驱动的回复，而是直接结束。
• 串行化处理（多个binder请求）
  对于一个服务端的 AIDL 接口而言，所有的 oneway 方法不会同时执行，binder 驱动会将他们串行化处理，排队一个一个调用。

像一些系统服务调用应用进程的时候就会使用 oneway，比如 AMS 调用应用进程启动 Activity，这样就算应用进程中做了耗时的任务，也不会阻塞系统服务的运行。

阻塞与否对比

• oneway：调用方非阻塞（non-block）
• 非 oneway：调用方阻塞（休眠）

首先是非 oneway 的情况：

这里的挂起相当于 Thread 的 sleep，是真正的"休眠"，底层调用的是 waitEventInterruptible()， Linux 系统函数。

oneway 的情况，客户端就不需要挂起线程等待：

涉及到的 binder 命令也有规律：

• 由外部发送给 binder 驱动的都是 BC_ 开头；
• 由 binder 驱动发往外部的都是 BR_开头；

详细介绍

AIDL是Android Interface definition language的缩写,它是一种android内部进程通信接口的描述语言,通过它我们可以定义进程间的通信接口。android提供了很多进程间通信的组件，像Activity、BroadcastReceiver和ContentProvider都可以实现进程间的通信。

为什么还要用AIDL这个东西呢？

Android开发coder务必都遇到过类似的情况：

WindowManager wm =(WindowManager)context.getSystemService(Context.WINDOW_SERVICE);  

或者：

WifiManager wifiManager = (WifiManager)getSystemService(Context.WIFI_SERVICE); 

应用层调用一些系统层的服务，处理我们想要的需求，有赖于android生态的强大，很多事情都像调api那样了。

那这个Manager到底做了什么工作呢？

其实应用层Manager只是一个管理类，真正干活的另有其人，是一个叫xxxManagerService的系统服务。在Android系统中有很多的Manager，wifi的管理类叫WifiManager，蓝牙的管理类叫BluetoothManager，但是，只要有xxxManager.java，就会有Ixxx.aidl，并且有xxxService.java。

AIDL的作用是什么？

aidl类是实现Manager和Service通信的桥梁。

我们知道了AIDL的作用，如果上面的讲解还不能让你知道AIDL是做什么的，之后我会再写（chao）一篇讲解binder/AIDL的，可以认为是中间接口，但是中间接口不只是单纯的作为传话筒的作用，比如HAL，你认为他只是传话筒吗？并不是，知道有层次概念后，对你的学习会帮助巨大，其实更多地oneway类似于代码里的一个变量判断，通过这个变量判断来决定binder的调用。

同步异步

说（抄）了一堆，现在实际操作看看：

用AIDL的人应该都知道下面代码中start和stop方法定义成oneway代表这个Binder接口是异步调用。

1，什么是异步调用？

举个例子：假如Client端调用IPlayer.start()，而且Server端的start需要执行2秒，由于定义的接口是异步的，Client端可以快速的执行IPlayer.start()，不会被Server端block住2秒。

2，什么是同步调用？

举个例子：假如Client端调用IPlayer. getVolume()，而且Server端的getVolume需要执行1秒，由于定义的接口是同步的，Client端在执行IPlayer. getVolume()的时候，会被Server端block住1秒。

3，为什么会有同步调用和异步调用？

其实一般使用异步调用的时候，Client并不需要得到Server端执行Binder服务的状态或者返回值，这时候使用异步调用，可以有效的提高Client执行的效率。

提问

前面讲的好像没什么意思，这里简单思考一下

假设进程A中有如下两个Binder服务IPlayer1和IPlayer2，这两个服务都有两个异步的接口start和stop。

interface IPlayer1 {
    oneway void start();//异步，执行2秒
    oneway void stop();//异步，执行2秒
}
interface IPlayer2 {
    oneway void start();//异步，执行2秒
    oneway void stop();//异步，执行2秒
}

问题1

如果进程B和进程C同一时刻分别调用IPlayer1.start()和IPlayer2.start()，请问进程A能否同时响应这两次Binder调用并执行？

• 正确答案：可以同时执行。

问题2

如果进程B和进程C同一时刻分别调用IPlayer1.start()和IPlayer1.start()，请问进程A能否同时响应这两次Binder调用并执行？

• 正确答案：不能同时执行，需要一个一个排队执行。

问题3

如果进程B和进程C同一时刻分别调用IPlayer1.start()和IPlayer1.end()，请问进程A能否同时响应这两次Binder调用并执行？

• 正确答案：不能同时执行，需要一个一个排队执行。

如果回答正确并且知道原因的朋友，这个文章就可以不看了。如果回答错误或者蒙对了不清楚原因的朋友，请继续阅读文章帮你理解这些问题。反正我是没有做对。

代码分析

话不多说，先看源码，我们首先来看看oneway的Binder调用在Binder Driver中的逻辑

static bool binder_proc_transaction(struct binder_transaction *t,
                    struct binder_proc *proc,
                    struct binder_thread *thread)
{
    struct binder_node *node = t->buffer->target_node;
    bool oneway = !!(t->flags & TF_ONE_WAY);
    bool pending_async = false;
    binder_node_lock(node);
    if (oneway) {
        //不管是是进程B还是进程C，因为不是同一个binder_node，所以都是走false的逻辑
        if (node->has_async_transaction) {
            //不执行
        } else {
            node->has_async_transaction = 1;
        }
    }
    binder_inner_proc_lock(proc);
    if (!thread && !pending_async)
        //oneway调用会找到一个空闲的Server端线程，用于响应这次oneway调用
        thread = binder_select_thread_ilocked(proc);
 
    if (thread) {
        //oneway调用,thread不为空，直接把这次Binder work放到thread的工作队列去执行
        binder_enqueue_thread_work_ilocked(thread, &t->work);
    } else if (!pending_async) {
        //不执行
    } else {
        //不执行
    }
    if (!pending_async)
        //oneway调用，thread不为空，所以需要唤醒thread执行工作队列中的Binder work
        binder_wakeup_thread_ilocked(proc, thread, !oneway /* sync */);
 
    binder_inner_proc_unlock(proc);
    binder_node_unlock(node);
    return true;
}

对应到我们的三个问题，我们首先有这样子的前提，进程A中有两个Binder Server端IPlayer1和IPlayer2，也就是在Binder驱动中有两个binder node的结构体，并且进程A的Binder线程池处于空闲的状态。还有一点要明确的是，就算进程B和进程C同时发起Binder调用，但是在Binder驱动中还是有先后顺序，因为有一把锁binder_inner_proc_lock(proc)。

问题1解析：

因为进程B和进程C分别调用两个Binder服务，也就是两个binder node，所以进程B和进程C都会走如下的代码，也就是说进程A会有两个线程分别处理进程B的IPlayer1.start()和进程C的IPlayer2.start()，所以答案是同时执行：

static bool binder_proc_transaction(struct binder_transaction *t,
                    struct binder_proc *proc,
                    struct binder_thread *thread)
{
    struct binder_node *node = t->buffer->target_node;
    bool oneway = !!(t->flags & TF_ONE_WAY);
    bool pending_async = false;
    binder_node_lock(node);
    if (oneway) {
        //不管是是进程B还是进程C，因为不是同一个binder_node，所以都是走false的逻辑
        if (node->has_async_transaction) {
            //不执行
        } else {
            node->has_async_transaction = 1;
        }
    }
    binder_inner_proc_lock(proc);
    if (!thread && !pending_async)
        //oneway调用会找到一个空闲的Server端线程，用于响应这次oneway调用
        thread = binder_select_thread_ilocked(proc);
 
    if (thread) {
        //oneway调用,thread不为空，直接把这次Binder work放到thread的工作队列去执行
        binder_enqueue_thread_work_ilocked(thread, &t->work);
    } else if (!pending_async) {
        //不执行
    } else {
        //不执行
    }
    if (!pending_async)
        //oneway调用，thread不为空，所以需要唤醒thread执行工作队列中的Binder work
        binder_wakeup_thread_ilocked(proc, thread, !oneway /* sync */);
 
    binder_inner_proc_unlock(proc);
    binder_node_unlock(node);
    return true;
}

问题2解析：

我们假设先处理进程B的IPlayer1.start()的调用，进程B会执行和问题1中描述的代码一样的操作，唤醒进程A中的一个线程，处理这次进程B的IPlayer1.start()调用。

但是进程C的IPlayer1.start()调用逻辑就不一样了，应该是下面这个逻辑，也就是说进程A不会立刻处理进程C的IPlayer1.start()的调用。所以答案就是不能同时执行，需要一个一个排队执行。

static bool binder_proc_transaction(struct binder_transaction *t,
                    struct binder_proc *proc,
                    struct binder_thread *thread)
{
    struct binder_node *node = t->buffer->target_node;
    bool oneway = !!(t->flags & TF_ONE_WAY);
    bool pending_async = false;
 
    binder_node_lock(node);
    //oneway == true
    if (oneway) {
        if (node->has_async_transaction) {
            //因为是进程C和进程B是同一个binder_node，进程B已经将has_async_transaction设置true
            pending_async = true;
        } else {
           //不执行
        }
    }
    binder_inner_proc_lock(proc);
    if (thread) {
        //不执行
    } else if (!pending_async) {
        //不执行
    } else {
        //这次Binder work放到binder_node的async_todo队列中,不会立刻执行
        binder_enqueue_work_ilocked(&t->work, &node->async_todo);
    }
    binder_inner_proc_unlock(proc);
    binder_node_unlock(node);
    return true;
}

那什么时候处理进程C的IPlayer1.start()，看下面代码，简单说就是会在处理完进程B的IPlayer1.start()之后，在释放进程B调用IPlayer1.start()申请的buffer的时候，处理进程C的IPlayer1.start()。

        case BC_FREE_BUFFER: {
            //准确释放进程B申请的buffer
            if (buffer->async_transaction && buffer->target_node) {
                struct binder_node *buf_node;
                struct binder_work *w;
                //先拿到这块buffer处理的binder node，也就是IPlayer1对应的binder node
                buf_node = buffer->target_node;
                binder_node_inner_lock(buf_node);
                //检查一下buf_node是否有未处理的oneway的binder work
                w = binder_dequeue_work_head_ilocked(
                        &buf_node->async_todo);
                if (!w) {
                    //不执行
                    buf_node->has_async_transaction = 0;
                } else {
                    //如果有未处理完的oneway的binder work，就将binder node保存的async_todo全部添加到进程A的todo。
                    binder_enqueue_work_ilocked(
                            w, &proc->todo);
                    //唤醒一个线程去处理todo中的binder work，也就是进程C的IPlayer1.start()
                    binder_wakeup_proc_ilocked(proc);
                }
                binder_node_inner_unlock(buf_node);
            }
            //释放进程B申请的buffer
            trace_binder_transaction_buffer_release(buffer);
            binder_transaction_buffer_release(proc, buffer, NULL);
            binder_alloc_free_buf(&proc->alloc, buffer);
            break;
        }

问题3解析：

虽然进程B和进程C同一时刻分别调用IPlayer1.start()和IPlayer1.end()两个不同的方法，但是两个进程调用的Server端都是IPlayer1，也就是binder node是同一个，所以答案和问题2一样。

4 思考一个问题

假如一个进程B，在短时间内，例如一秒内，调用1000次进程A的IPlayer1.start()会发生什么。

第1次IPlayer1.start()：唤醒进程A的一个线程处理IPlayer1.start()，两秒之后完成；

第2-1000次IPlayer1.start()：发现IPlayer1对应的binder node正在处理一个oneway的方法，会把所有2~1000次的调用放到binder node的async_todo队列中，等第一次IPlayer1.start()执行完成之后，释放buffer的时候，才能去统一处理这些async_todo中保存的第2-1000次。

那么问题就来了，虽然第2-1000次的调用不会立刻执行，但是已经在进程A中申请了所有的2~1000次IPlayer1.start()所需要的buffer，一个zygote进程A，最大oneway请求的buffer上限为(1MB -8KB)/2 = 508KB，不懂的可以看 一次Binder通信最大可以传输多大的数据？ 这个博客，假设一次IPlayer1.start()，需要申请1KB的buffer，也就意味这在第509次IPlayer1.start()的时候，无法申请到buffer从而导致IPlayer1.start()的Binder调用失败。

在[011]一个看似是系统问题的应用问题的解决过程中解决的就是这个问题。

5 小结

Binder机制是一个非常牛逼的机制，Android里很多跨进程通讯都用到了。里面有很多小的细节值得我们去深挖，只有完全理解Binder驱动，才能从微观的角度去解决宏观的问题。