PS:个人理解:当进程1通过Binder调用组件2时,会将进程1的pid及uid赋给组件2,并检测进程1的pid及uid是否有权限调用组件2.而后组件2需要调用组件3,此时组件2保存的pid及uid为进程1的,但是其实际运行在进程2中。此时调用clearCallingIdentity将组件2的保存的pid及uid转换为进程2的pid和uid并return原来保存的进程1的pid及uid的token。此时组件2调用组件3并检查权限。调用完成后,restoreCallingIdentity将组件2的pid及uid恢复为进程1的。

正文:

看过Android系统源代码的朋友,一定看到过Binder.clearCallingIdentity()Binder.restoreCallingIdentity()这两个方法,其定义在Binder.java文件:

  1. //作用是清空远程调用端的uid和pid,用当前本地进程的uid和pid替代;
  2. public static final native long clearCallingIdentity();
  3. //作用是恢复远程调用端的uid和pid信息,正好是`clearCallingIdentity`的反过程;
  4. public static final native void restoreCallingIdentity(long token);

这两个方法涉及的uid和pid,每个线程都有自己独一无二的IPCThreadState对象,记录当前线程的pid和uid,可通过方法Binder.getCallingPid()Binder.getCallingUid()获取相应的pid和uid。

clearCallingIdentity(), restoreCallingIdentity()这两个方法使用过程都是成对使用的,这两个方法配合使用,用于权限控制检测功能。

二、原理

从定义这两个方法是native方法,通过Binder的JNI调用,在android_util_Binder.cpp文件中定义了native方法所对应的jni方法。

2.1 clearCallingIdentity

[-> android_util_Binder.cpp]

  1. static jlong android_os_Binder_clearCallingIdentity(JNIEnv* env, jobject clazz)
  2. {
  3. //调用IPCThreadState类的方法执行
  4. return IPCThreadState::self()->clearCallingIdentity();
  5. }

2.1.1 IPC.clearCallingIdentity

[-> IPCThreadState.cpp]

  1. int64_t IPCThreadState::clearCallingIdentity()
  2. {
  3. int64_t token = ((int64_t)mCallingUid<<32) | mCallingPid;
  4. clearCaller();
  5. return token;
  6. }
  7. void IPCThreadState::clearCaller()
  8. {
  9. mCallingPid = getpid(); //当前进程pid赋值给mCallingPid
  10. mCallingUid = getuid(); //当前进程uid赋值给mCallingUid
  11. }
  • mCallingUid(记为UID),保存Binder IPC通信的调用方进程的Uid;
  • mCallingPid(记为PID),保存Binder IPC通信的调用方进程的Pid;

UID和PID是IPCThreadState的成员变量, 都是32位的int型数据,通过移位操作,将UID和PID的信息保存到token,其中高32位保存UID,低32位保存PID。然后调用clearCaller()方法将当前本地进程pid和uid分别赋值给PID和UID,最后返回token

2.2 restoreCallingIdentity

[-> android_util_Binder.cpp]

  1. static void android_os_Binder_restoreCallingIdentity(JNIEnv* env, jobject clazz, jlong token)
  2. {
  3. //token记录着uid信息,将其右移32位得到的是uid
  4. int uid = (int)(token>>32);
  5. if (uid > 0 && uid < 999) {
  6. //目前Android中不存在小于999的uid,当uid<999则抛出异常。
  7. char buf[128];
  8. jniThrowException(env, "java/lang/IllegalStateException", buf);
  9. return;
  10. }
  11. //调用IPCThreadState类的方法执行
  12. IPCThreadState::self()->restoreCallingIdentity(token);
  13. }

2.2.1 IPC.restoreCallingIdentity

[-> IPCThreadState.cpp]

  1. void IPCThreadState::restoreCallingIdentity(int64_t token)
  2. {
  3. mCallingUid = (int)(token>>32);
  4. mCallingPid = (int)token;
  5. }

token中解析出PID和UID,并赋值给相应的变量。该方法正好是clearCallingIdentity的反过程。

2.3 getCallingPid

[-> android_util_Binder.cpp]

  1. static jint android_os_Binder_getCallingPid(JNIEnv* env, jobject clazz)
  2. {
  3. return IPCThreadState::self()->getCallingPid();
  4. }

2.3.1 IPC.getCallingPid

[-> IPCThreadState.cpp]

  1. pid_t IPCThreadState::getCallingPid() const
  2. {
  3. return mCallingPid;
  4. }
  5. uid_t IPCThreadState::getCallingUid() const
  6. {
  7. return mCallingUid;
  8. }

2.4 远程调用

2.4.1 binder_thread_read

  1. binder_thread_read(){
  2. while (1) {
  3. struct binder_work *w;
  4. switch (w->type) {
  5. case BINDER_WORK_TRANSACTION:
  6. t = container_of(w, struct binder_transaction, work);
  7. break;
  8. case :...
  9. }
  10. if (!t)
  11. continue; //只有BR_TRANSACTION,BR_REPLY才会往下执行
  12. tr.code = t->code;
  13. tr.flags = t->flags;
  14. tr.sender_euid = t->sender_euid; //mCallingUid
  15. if (t->from) {
  16. struct task_struct *sender = t->from->proc->tsk;
  17. //当非oneway的情况下,将调用者进程的pid保存到sender_pid
  18. tr.sender_pid = task_tgid_nr_ns(sender,current->nsproxy->pid_ns);
  19. } else {
  20. //当oneway的的情况下,则该值为0
  21. tr.sender_pid = 0;
  22. }
  23. ...
  24. }

2.4.2 IPC.executeCommand

  1. status_t IPCThreadState::executeCommand(int32_t cmd)
  2. {
  3. BBinder* obj;
  4. RefBase::weakref_type* refs;
  5. status_t result = NO_ERROR;
  6. switch ((uint32_t)cmd) {
  7. case BR_TRANSACTION:
  8. {
  9. const pid_t origPid = mCallingPid;
  10. const uid_t origUid = mCallingUid;
  11. mCallingPid = tr.sender_pid; //设置调用者pid
  12. mCallingUid = tr.sender_euid;//设置调用者uid
  13. ...
  14. reinterpret_cast<BBinder*>(tr.cookie)->transact(tr.code, buffer,
  15. &reply, tr.flags);
  16. mCallingPid = origPid; //恢复原来的pid
  17. mCallingUid = origUid; //恢复原来的uid
  18. }
  19. case :...
  20. }
  21. }

关于mCallingPid、mCallingUid的修改过程:是在每次Binder Call的远程进程在执行binder_thread_read()过程, 会设置pid和uid. 然后在IPCThreadState的transact收到BR_TRANSACION则会修改mCallingPid、mCallingUid。

这里需要注意的是,当oneway的的情况下mCallingPid=0,不过mCallingUid可以拿到正确值。

三、用途

3.1 场景分析

场景:首先线程A通过Binder远程调用线程B,然后线程B通过Binder调用当前线程的另一个service或者activity之类的组件。

分析:

  1. 线程A通过Binder远程调用线程B:则线程B的IPCThreadState中的mCallingUidmCallingPid保存的就是线程A的UID和PID。这时在线程B中调用Binder.getCallingPid()Binder.getCallingUid()方法便可获取线程A的UID和PID,然后利用UID和PID进行权限比对,判断线程A是否有权限调用线程B的某个方法。
  2. 线程B通过Binder调用当前线程的某个组件:此时线程B是线程B某个组件的调用端,则mCallingUidmCallingPid应该保存当前线程B的PID和UID,故需要调用clearCallingIdentity()方法完成这个功能。当线程B调用完某个组件,由于线程B仍然处于线程A的被调用端,因此mCallingUidmCallingPid需要恢复成线程A的UID和PID,这是调用restoreCallingIdentity()即可完成。

一句话:图中过程2(调用组件2开始之前)执行clearCallingIdentity(),过程3(调用组件2结束之后)执行restoreCallingIdentity()

3.2 类比分析

看完场景分析,估计还有不少朋友感到迷惑,为何需要这两个方法来多此一举,直接检测最初调用端的权限不就行了吗?为了更加形象明了地说明其用途,下面用一个生活中的场景来类比说明。

场景:假如你的朋友请你帮忙,给她(他)到你的公司以内部价购买公司的某个产品。

分析:这个过程分为两个阶段

  • 第一阶段:你的朋友请你帮忙的过程,这个过程并不一定所有朋友都会帮的,这时就需要一个权限检测,那么在你的朋友”远程调用”你执行任务时,你会记录他的”Identity”信息(比如是性别),有了信息那么就可以权限检测,不妨令权限规则是如果这个朋友是女性则答应帮忙,否则就认定权限不够拒绝执行(可能黑客会想到先去一趟泰国,权限控制可能相应需要打补丁了),若答应帮忙则进入第二阶段,否则直接返回。
  • 第二阶段:你向自己所在公司的相关部门内购产品的过程,这个过程也并不是所有人都能权限能够内购的,只有自己公司的员工才行,否则你的朋友也不会找你帮忙了。 这个过程同样需要权限检测,但是”Identity”保存的是性别女的信息,公司内购产品如果也以性别来判断,那岂不是公司的所有男员工没有权限内购,那这公司就有点太坑了,这明显不符合实情。 clearCallingIdentity()是时候该登场了,在第二阶段开始之前,先执行clearCallingIdentity()过程,也就是把”Identity”信息清空,替换为你的信息(比如员工编码ITCode之类的),那公司相关部门通过ITCode就可以直接判断是否允许内购某产品。当第二阶段完成后,也就是你已经购买到了公司产品,这时你需要将产品交付给你的朋友,需要restoreCallingIdentity,恢复”Identity”为女的信息,这样就嗯呢该顺便交付给你的女朋友。如果不恢复信息,还是原来的ITCode,你交付的朋友可能是男的,另有其人,这样就不科学了。

相信到此,大家应该都能明白这两个方法的作用,缺一不可,而且要成对出现。

3.3 实例分析

上述过程主要在system_server进程的各个线程中比较常见(普通的app应用很少出现),比如system_server进程中的ActivityManagerService子线程,代码如下:

[–>ActivityManagerService.java]

  1. @Override
  2. public final void attachApplication(IApplicationThread thread) {
  3. synchronized (this) {
  4. //获取远程Binder调用端的pid
  5. int callingPid = Binder.getCallingPid();
  6. //清除远程Binder调用端uid和pid信息,并保存到origId变量
  7. final long origId = Binder.clearCallingIdentity();
  8. attachApplicationLocked(thread, callingPid);
  9. //通过origId变量,还原远程Binder调用端的uid和pid信息
  10. Binder.restoreCallingIdentity(origId);
  11. }
  12. }

文章startService流程分析中有讲到attachApplication()的调用。该方法一般是system_server进程的子线程调用远程进程时使用,而attachApplicationLocked方法则是在同一个线程中,故需要在调用该方法前清空远程调用者的uid和pid,调用结束后恢复远程调用者的uid和pid。

转自:http://gityuan.com/2016/03/05/binder-clearCallingIdentity/

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