跟面试官讲Binder(零)
面试的时候,面试官问你说,简单说一下Android的Binder机制,你会怎么回答?
我想,我会这么说。
在Android启动的时候,Zygote进程孵化出第一个子进程叫SystemServer,而在这个进程中,非常多系统提供的服务。比方ActivityManagerSerivce, PowerManagerService等,都在此进程中的某一条线程上执行。
而非常多用户开发的应用程序。也就是我们常说的APP,基于安全的考虑,在安装到系统中的时候,都会被分配一个独特的UID。执行在一个单独的进程中。
基于Linux的用户安全机制。它们是没有办法直接訪问到上述系统服务的。
可是在实际中,App非常多时候是须要跟这些系统服务进行通信的,也就是要进行进程间通信。
而Binder机制则是Android系统实现进程间通信(IPC)的机制之中的一个。
面试官可能还会问,那么Binder机制是怎么实现的呢?
我认为,要想知道Binder机制是怎么实现的,首先要知道以下四个概念:
1)Server
2)Client
3)ServiceManager
4)Binder驱动
Server和Client无需多说,我们仅仅须要知道一个是用来提供服务的。一个是获取服务的,而且分别执行在不同的进程其中。
那么ServiceManager是用来干什么的呢?
在前面一篇文章。关于Android的启动过程中,我们有提到。ServiceManager是和Zygote进程一样,是Android系统的守护进程之中的一个。
它的主要作用,就是帮助系统去维护众多的Service列表,所以叫Service Manager。
它就像个电话本,你要打电话给某个人问点事情(想要获取某种Service),可是你没有这个人的电话(不知道Service的訪问点,仅仅知道名字),于是你先找到电话本(ServiceManager)。在电话本上找到这个人的电话(通过名字找到电话)。然后你才干打电话给他(開始获取Service)。
我们知道,ServiceManager。也是一个单独的进程。要找到ServiceManager。本身也要涉及到进程间通信啊,不是吗?
是的。
从Client和Server的角度来看,ServiceManager永远都是一个Server,不论什么訪问ServiceManager的都是Client。
我们先想一想。ServiceManager本身就是一个进程,那为什么这个进程就行成为ServiceManager呢?
回忆一下,在Android启动ServiceManager进程的时候,都做了什么事?
1)首先打开“/dev/binder”设备文件,映射内存
2)利用BINDER_SET_CONTEXT_MGR命令,令自己成为上下文管理者,事实上也就是成为ServiceManager。
3)进入一个无限循环,等待Client的请求到来。
所以,是通过Binder驱动。通过命令"BINDER_SET_CONTEXT_MGR",让某个进程成为ServiceManager的。
面试官这时候,又适当的提了一个问题,Binder驱动是用来干什么的?它跟网卡驱动,声卡驱动一样的吗?
不一样。
Binder驱动事实上跟硬件没有什么关系,它就是一段执行在内核空间的代码,通过一个叫"/dev/binder"的文件在内核空间和用户空间来回搬数据。
它是整个Binder机制的核心。
正是通过它,Binder才干实现进程间的通信。
由于Server, Client和ServiceManager是执行在用户空间,不同的进程,彼此是不能互相訪问的。
那么在不同的进程间,要进行数据的传递,仅仅有通过内核空间来传递数据。
而仅仅有Binder驱动是工作在内核空间中的。
它负责Binder节点的建立。负责Binder在进程间的传递,负责对Binder引用的计数管理,在不同进程间数据传输包等底层操作。
整个进程间通信的大部分工作都是通过 open(), mmap()和 ioctl()等文件操作,在内核空间与用户空间中进进出出,来实现的。
面试官接着问。那"BINDER_SET_CONTEXT_MGR"又是怎么回事?
是这种。
ServiceManager进程启动的时候,此时它还不是ServiceManager呢。
只是。当它打开了/dev/binder文件,将BINDER_SET_CONTEXT_MGR命令传给Binder驱动的时候,Binder驱动就会为其在内核空间中创建一个节点(binder_node),
这个节点就是binder_context_mgr_node,也就是ServiceManager的Binder实体。
而这个节点所在的进程。就是ServiceManager。
面试官突然间插了一句话。“那么,你怎么知道ServiceManager在哪的?“
在整个系统中,仅仅会有一个binder_context_mgr_node,所以也仅仅会有一个ServiceManager的进程。那么对ServiceManager的訪问,驱动就能够在系统中定义好其句柄,也就是 0。
所以仅仅要是想找ServiceManager的进程。仅仅要告诉Binder驱动,想訪问的是句柄为 0的进程,Binder驱动就知道,它们是在找ServiceManager。
它就会唤醒ServiceManager。让它接受訪问。
所以,"BINDER_SET_CONTEXT_MGR" 就是某某进程告诉驱动。它想成为ServiceManager。而仅仅要它是第一个发送这个命令的,它就是ServiceManager了。
面试官好像略微明确了一点,只是他想了一想,又问:”什么是句柄?“
呃。这个我也不知道怎么说,句柄理解上应该就是一个区分不同服务的标识吧。只是在Android系统中。仅仅有跨进程的通信,才会用到句柄这个术语,由于没有办法直接訪问。
而假设服务执行在本地进程中,因为共享同一个进程空间,是能够直接訪问的。这个时候就不用句柄来描写叙述了,而称之为引用。
所以,句柄与引用的差别,就在于一个是远程訪问(跨进程),一个是本地訪问(同样进程)。
面试官若有所思地看着面前这个人。目光中好像有那么点怀疑的样子,只是也就没再继续问下去。
可是他突然间又说了一句话,”你还没有回答我。Binder的机制是怎么实现的呢。先简单地说一下?“
通过上面的简单描写叙述。我们能够这样觉得,每个提供服务的Server都会通过Binder驱动,将自身给注冊到ServiceManager中,方便众多想获取服务的Client能够去ServiceManager找到自己。
那么,这些Service都会经过内核空间的Binder驱动。事实上这个"经过"的说法,本质上。就是Server们会将自身作为一个对象。封装在数据包中,将这些数据拷贝到内核空间中,由Binder驱动訪问。
而Binder驱动读取数据包的时候,假设发现当中有Binder实体,类似ServiceManager那样的服务提供商,那么也会为相应的Binder实体创建相应的Binder节点(BinderNode)。
这些节点位于Server所属的进程内。
Binder驱动也会为这些服务分配句柄(大于0)。同一时候会将这些句柄也记录在Binder驱动中。然后再将这些句柄和名字发送给ServiceManager。由ServiceManager来维护。
也就是说。Server们通过和Binder驱动通信。Binder驱动做了例如以下两件事:
1)在内核空间中创建了一个Binder节点,隶属于Server们的进程。
2)驱动为这些Binder节点分配一个大于0的包柄。将这些句柄和名字发送给ServiceManager。
那么Client们是怎么和Binder驱动通信的呢?
非常显然,不管怎样。Client得知道要跟谁通信,它们知道一个名字。
所以。
1)它们就会把想要获取服务的名字,加上一个句柄为 0 的值,封装为一个数据包,打开Binder设备文件,将这个数据发送给Binder驱动。
2)Binder驱动接收到句柄为0,就会将这数据包扔给ServiceManager。
3)ServiceManager接收到这个数据包。就会分析,发现是要找某个名字的服务,于是就找找找,然后将相应服务的句柄发送回来(某大于0的句柄)。
4)驱动再将这个句柄发回给Client。
5)Client获取句柄之后,就会再加上想要的服务。还有这个句柄,再发送给Binder驱动。Binder驱动就会找到相应的句柄,然后。。。
。
面试官静静地坐在那里。面无表情,也不知道在想什么,最后说了一句,”先这样,先回去吧,有结果会通知你的。
“
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