我所理解的Binder

几个概念

进程隔离:Binder是为保护操作系统中进程互不干扰而设计的一组不同硬件和软件的技术。这个技术是为了避免进程A写入进程B的情况发生。 进程的隔离实现,使用了虚拟地址空间。进程A的虚拟地址和进程B的虚拟地址不同,这样就防止进程A将数据信息写入进程B。

用户空间/内核空间: Linux Kernel是操作系统的核心,独立于普通的应用程序,可以访问受保护的内存空间,也有访问底层硬件设备的所有权限。把Kernel和上层的应用程序抽像的隔离开,分别称之为Kernel Space和User Space。

系统调用/内核态/用户态:用户空间访问内核空间的唯一方式就是系统调用;通过这个统一入口接口,所有的资源访问都是在内核的控制下执行,以免导致对用户程序对系统资源的越权访问,从而保障了系统的安全和稳定。

内核模块/驱动:通过系统调用,用户空间可以访问内核空间,那么如果一个用户空间想与另外一个用户空间进行通信怎么办呢?--进程间通信

Linux进程间的通信机制:管道、信号量、共享内存、socket等

Binder驱动: 通过利用Linux的动态可加载内核模块(Loadable Kernel Module,LKM)机制,Android系统可以通过添加一个内核模块运行在内核空间,用户进程之间的通过这个模块作为桥梁,就可以完成通信了。

Android为什么使用Binder?

Android基于Linux内涵,Linux内核拥有着非常多的跨进程通信机制,比如管道,System V,Socket等;为什么还需要单独搞一个Binder出来呢?
性能:在移动设备上,广泛地使用跨进程通信肯定对通信机制本身提出了严格的要求;Binder相对出传统的Socket方式,更加高效;

安全:传统的进程通信方式对于通信双方的身份并没有做出严格的验证,只有在上层协议上进行架设;比如Socket通信ip地址是客户端手动填入的,都可以进行伪造;而Binder机制从协议本身就支持对通信双方做身份校检,因而大大提升了安全性。这个也是Android权限模型的基础.

Binder是如何工作的?

Binder架构
  1. Client、Server和Service Manager实现在用户空间中,Binder驱动程序实现在内核空间中

  2. Binder驱动程序和Service Manager在Android平台中已经实现,开发者只需要在用户空间实现自己的Client和Server

  3. Binder驱动程序提供设备文件/dev/binder与用户空间交互,Client、Server和Service Manager通过open和ioctl文件操作函数与Binder驱动程序进行通信

  4. Client和Server之间的进程间通信通过Binder驱动程序间接实现

  5. Service Manager是一个守护进程,用来管理Server,并向Client提供查询Server接口的能力

ServiceManager就像个电话本

ServiceManager

1、SM建立(建立通信录);首先有一个进程向驱动提出申请为SM;驱动同意之后,SM进程负责管理Service。

2、各个Server向SM注册(完善通信录);每个Server端进程启动之后,向SM报告,我是A 要找我请返回13405895674;其他Server进程依次如此;这样SM就建立了一张表,对应着各个Server的名字和地址;就好比B与A见面了,说存个我的号码吧,以后找我拨打13405895674;

3、Client想要与Server通信,首先询问SM;请告诉我如何联系A,SM收到后给他一个号码13405895674;Client收到之后,开心滴用这个号码拨通了Server的电话,于是就开始通信了。

注册获取服务

1、首先,Server进程要向SM注册;告诉自己是谁,自己有什么能力;在这个场景就是Server告诉SM,它叫A,它有一个object对象,可以执行add 操作;于是SM建立了一张表:A这个名字对应进程Server

2、然后Client向SM查询:我需要联系一个名字叫做A的进程里面的object对象;这时候关键来了:进程之间通信的数据都会经过运行在内核空间里面的驱动,驱动在数据流过的时候做了一点手脚,它并不会给Client进程返回一个真正的object对象,而是返回一个看起来跟object一模一样的代理对象objectProxy,这个objectProxy也有一个add方法,但是这个add方法没有Server进程里面object对象的add方法那个能力;objectProxy的add只是一个傀儡,它唯一做的事情就是把参数包装然后交给驱动。

3、驱动收到消息,发现是这个objectProxy;一查表就明白了:我之前用objectProxy替换了object发送给Client了,它真正应该要访问的是object对象的add方法;于是Binder驱动通知Server进程,调用你的object对象的add方法,然后把结果发给我,Sever进程收到这个消息,照做之后将结果返回驱动,驱动然后把结果返回给Client进程;于是整个过程就完成了。

4、由于驱动返回的objectProxy与Server进程里面原始的object是如此相似,给人感觉好像是直接把Server进程里面的对象object传递到了Client进程;因此,我们可以说Binder对象是可以进行跨进程传递的对象

5、这里隐藏了SM这一部分驱动进行的操作;实际上,由于SM与Server通常不在一个进程,Server进程向SM注册的过程也是跨进程通信,驱动也会对这个过程进行暗箱操作:SM中存在的Server端的对象实际上也是代理对象,后面Client向SM查询的时候,驱动会给Client返回另外一个代理对象。Sever进程的本地对象仅有一个,其他进程所拥有的全部都是它的代理。

Binder是什么?

前面讲到为何要使用Binder,Binder的架构是什么样子的以及Binder是如何通信的。那么Binder到底是个啥呢

Binder的设计采用了面向对象的思想,在Binder通信模型的四个角色里面:

1、通常意义下,Binder指的是一种通信机制;我们说AIDL使用Binder进行通信,指的就是Binder这种IPC机制。

2、对于Server进程来说,Binder指的是Binder本地对象

3、对于Client来说,Binder指的是Binder代理对象,它只是Binder本地对象的一个远程代理;对这个Binder代理对象的操作,会通过驱动最终转发到Binder本地对象上去完成;对于一个拥有Binder对象的使用者而言,它无须关心这是一个Binder代理对象还是Binder本地对象;对于代理对象的操作和对本地对象的操作对它来说没有区别。

4、对于传输过程而言,Binder是可以进行跨进程传递的对象;Binder驱动会对具有跨进程传递能力的对象做特殊处理:自动完成代理对象和本地对象的转换。

面向对象思想的引入将进程间通信转化为通过对某个Binder对象的引用调用该对象的方法,而其独特之处在于Binder对象是一个可以跨进程引用的对象,它的实体(本地对象)位于一个进程中,而它的引用(代理对象)却遍布于系统的各个进程之中。
这个引用和java里引用一样既可以是强类型,也可以是弱类型,而且可以从一个进程传给其它进程,让大家都能访问同一Server,就象将一个对象或引用赋值给另一个引用一样。Binder模糊了进程边界,淡化了进程间通信过程,整个系统仿佛运行于同一个面向对象的程序之中。

Java层的Binder

IBinder是一个接口,它代表了一种跨进程传输的能力;只要实现了这个接口,就能将这个对象进行跨进程传递;这是驱动底层支持的;在跨进程数据流经驱动的时候,驱动会识别IBinder类型的数据,从而自动完成不同进程Binder本地对象以及Binder代理对象的转换。

IInterface代表的就是远程server对象具有什么能力, 表示client与server端的调用契约。具体来说,就是aidl里面的接口。

Java层的Binder类,代表的其实就是Binder本地对象。BinderProxy类是Binder类的一个内部类,它代表远程进程的Binder对象的本地代理;这两个类都继承自IBinder, 因而都具有跨进程传输的能力;实际上,在跨越进程的时候,Binder驱动会自动完成这两个对象的转换。

在使用AIDL的时候,编译工具会给我们生成一个Stub的静态内部类;这个类继承了Binder, 说明它是一个Binder本地对象,它实现了IInterface接口,表明它具有远程Server承诺给Client的能力;Stub是一个抽象类,具体的IInterface的相关实现需要我们手动完成,这里使用了策略模式。

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