Framework笔记 | Android Framework用到了哪些IPC方式,分别在哪里用到

  • 是否了解Linux常用的跨进程通信方式
    android很多底层实现,
    都依赖于Linux的操作系统调用;
  • 是否研究过Android Framework并了解一些实现原理
  • 是否了解Framework各组件之间的通信原理
    很多组件基本都是要跨进程的,
    跨进程通讯并不全是用Binder机制;

主要关注三个层面

  • 列举用到哪些IPC方式
  • 各个IPC方式的特点
  • Framework中是怎么用到的

Android中主要用到的Linux IPC方式

  • 管道
  • Socket
  • 共享内存
  • 信号




管道通信

  • 半双工的,单向的
    管道的描述符数据只能往一个方向流,要么读要么写,
    如果需要既能读又能写,则需要给管道有两个描述符
    不过Linux给了我们一个APIpipe(fds)
    这个API可以生成一对描述符
    一个用来写一个用来读;

  • 一般无名管道是在父子进程之间使用的;
    有名管道只要两个进程都知道这个管道的名字就可以通信了;

看一个例子

  • 通过pipe调用,生成管道的一对描述符;
    fd[1]是用来写的; fd[0]是用来读的;
    通过fork()调用创建一个子进程;
    子进程会继承这对描述符;

  • 现在我们要父进程往子进程里面写东西,
    首先,把子进程写描述符关闭,把子进程写描述符关闭
    接着,父进程往写描述符里边写一个字符串
    然后,子进程就可以从读描述符里边把这个字符串读出来

if(pid == 0){
    
    close(fd[1]);//把子进程写描述符关闭
    //子进程就可以从读描述符里边把这个字符串给读出来
    read(fd[0], buf, SIZE);


}else if(pid > 0){

    close(fd[0]);//把子进程写描述符关闭
    write(fd[1], "Hello", 5);//父进程往写描述符里边写一个字符串

}

概念图如下,
我们可以看到数据流的方向是
父进程写描述符fd[1]--管道--子进程读描述符fd[0]
即,我们刚刚所说的半双工设计

Framework中哪儿用到了管道

  • Android 4.4中的MQ机制中的重要元素Looper,用到了管道
    (更高的版本如Android 6.0用的就不是管道了):
  • 代码大概实现:
    前四行是为管道配置一对读写描述符
    后半部分是注册一个监听事件
    监听读描述符的读事件,即eventItem.data.fd = mWakeReadPipeFd;
    这个时候如果有另一个线程拿到写描述符并往里面写东西的话,
    读端就能收到通知了;

相关阅读

epoll机制有一套函数,共三个,如下

创建epoll句柄:
1. int epfd =epoll_create(intsize);
创建一个epoll的句柄,size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大。

2. int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event)
将被监听的描述符(对应例程中mWakeReadPipeFd
添加epoll句柄(对应例程中mEpollFd
或从epool句柄中删除或者对监听事件进行修改
(添加、删除和修改通过op位参数进行控制)


3. int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout)
注意最后一句话,
该函数返回需要处理的事件数目,即几个事件被触发了,
第二个参数events列表用来接收存入触发的事件;

接着看epoll是怎么监听读端事件的
  • 通过epoll_wait得到触发的事件列表及其数量;

  • for循环中遍历触发事件列表
    遍历到事件的fd是刚刚设置的读描述符的(mWakeReadPipeFd),
    及其事件是刚刚设定的读事件的(EPOLLIN),
    则调用awoken(),把管道中的东西读出来,
    管道满了就写不进去了,所以二话不说先读出来;

  • 不管管道里面写了什么东西,
    只要写了东西,这个线程
    就能被唤醒,就能去处理消息;

  • 当别的线程 要往这个Looper线程里面写东西的时候,

    就通过wake()函数往管道里边写东西:

小结

管道使用起来还是比较方便的,
它可以跟epoll相结合监听读写事件;

管道在进程自身中可以用,
跨进程也可以用;

在数据量不怎么大的跨进程通信的时候还是比较有用的;




Socket通信

  • 这里说的不是网络上的socket,而是本地的;
  • 全双工,既可读又可写;
  • 可以用在两个无亲缘关系的进程之间的通信
  • socket在创建的时候需要指定一个路径,
    只要把路径公开给别的进程,
    别的进程就可以过来通信;

Framework中哪里用到

  • 在Zygote模块,

    通过socket接收请求,然后启动应用进程;
  • main函数是Zygote的logo函数,
    registerZygoteSocket()创建了一个本地的Socket,
    socketName通过argv接收Socket的名字,
    接着进入runSelectLoop(),一个循环,
    检测这个socket有没有新过来的连接或者是数据;
我们看runSelectLoop()
  • 这里是一个循环,其中,
    poll()用来监测有没有我们关注的事件发生,
    如果有的话,可能会有两种情况,
    第一种,是可能会有新的连接
    第二种,就是有新的数据发过来,
    这时候可以调用runOnce()来处理数据(先从Socket中把参数出来,
    根据参数去执行响应的指令,主要是创建应用进程,
    应用进程启动之后,通过Socket把pid给对方)

    所以我们可以看到Socket其实很方便,
    它即可以读又可以写;




共享内存

  • 很快,不需要多次拷贝;
    拿到一个文件描述符(文件引用句柄),即把它映射到两个进程的内存空间,
    这样,一个进程往里边写,另一个进程就能读到,运行速度非常快;

    相对的,管道和Socket传输的数据量都不能太大,
    如果太大的话性能会很糟,因为里边涉及到至少两次拷贝;

  • 进程之间不用存在亲缘关系;
    只需要能拿到文件描述符就好了;
    文件描述符可以跨进程传递;

Android中哪里用到

  • Android中涉及到进程之间大数据量传输的主要就是图像相关的传输
  • 这里主要以MemoryFile为例,
    这是Android的一个工具类,
    封装了内存共享机制Ashmem,也就是匿名共享内存;

MemoryFile是android在最开始就引入的一套框架,其内部实际上是封装了android特有的内存共享机制Ashmem匿名共享内存,简单来说,Ashmem在Android内核中是被注册成一个特殊的字符设备,Ashmem驱动通过在内核的一个自定义slab缓冲区中初始化一段内存区域,然后通过mmap把申请的内存映射到用户的进程空间中(通过tmpfs),这样子就可以在用户进程中使用这里申请的内存了。

参考文章

  • MemoryFile的实现,
    首先是调用native_open方法,
    这个方法在native层其实是

    通过下面这个方法首先创建了一块匿名共享内存:
    native_open方法会返回一个描述符(句柄);
  • 接下来调用native_mmap函数,

    这个函数在native层调用下面这个方法
    把描述符mFD映射到当前进程的内存空间,

    内存空间的地址则返回过来,即例程中的mAddress;

  • 下面是MemoryFile的读和写
  • 读函数就是把数据共享内存 应用层的buff中,
    SetByteArrayRegion()就是把nativebuff数据拷到java数据流的;

  • 写函数则与读函数相反,
    就是把数据应用层的buff拷到共享内存
    GetByteArrayRegion()就是把java数据流中的数据拷到nativebuff的;




信号

  • 单向的,只负责发出去,不接受回复的,
    怎么处理,处理没有,处理结果怎么样都不管,是别人的事
  • 只能带个信号,不能带别的参数
  • 知道进程pid就能发信号,
    可以一次给一群进程发信号
  • 必须是root权限才能发信号,
    或者本进程跟另一进程的Userid相同,
    本进程才能发信号;

Android中哪里用到

例1
  • 有时候要kill应用进程,
    就会调用Proces的killProces函数,
    这个函数中其实就是给进程发送了一个SIGNAL_KILL信号,
    pid参数位就是要杀掉的进程pid;
    当然不是想杀就能杀,同样这里是有权限控制的,
    比如说本进程跟另一进程的Userid相同,
    本进程才能发信号,杀掉另一个进程;

《开发艺术探索》中有一段类似的描述
  • 虽然我们的应用进程都是从Zygote那fork出来的,
    UID都是默认和Zygote相同的,
    但是进程启动之后,
    就会马上重新设置自己的UID的,
    所以基于任意进程是不可以随便给别的进程发信号的;

zygote翻译成中文是受精卵的意思,名字比较奇怪、但是很有意思,
zygote在android中主要有两个作用
建立运行时环境并启动虚拟机,为应用程序创建DVM进程。
执行com.android.internal.os.ZygoteInit的main函数,
从而fork SystemService。
类似参考文章

例2
  • 以上这个函数是Zygote用来关注信号的;
    启动子进程之后,它需要关注子进程退出了没有,
    如果子进程退出了,Zygote就要及时把子进程的资源给回收掉;




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