好文收录:Android的IPC机制Binder的各个部分
2011-04-15 15:17
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1. Binder的组成
1.1. 驱动程序部分
驱动程序的部分在以下的文件夹中:kernel/include/linux/binder.h kernel/drivers/android/binder.c
binder驱动程序是一个miscdevice,主设备号为10,此设备号使用动态获得(MISC_DYNAMIC_MINOR),其设备的节点为:
/dev/binder/dev/binder
binder驱动程序会在proc文件系统中建立自己的信息,其文件夹为/proc/binde,其中包含如下内容:
proc目录:调用Binder各个进程的内容
state文件:使用函数binder_read_proc_state
stats文件:使用函数binder_read_proc_stats
transactions文件:使用函数binder_read_proc_transactions
transaction_log文件:使用函数binder_read_proc_transaction_log,其参数为binder_transaction_log (类型为struct binder_transaction_log)
failed_transaction_log文件:使用函数binder_read_proc_transaction_log 其参数为
binder_transaction_log_failed (类型为struct binder_transaction_log)
在binder文件被打开后,其私有数据(private_data)的类型:
struct binder_proc
在这个数据结构中,主要包含了当前进程、进程ID、内存映射信息、Binder的统计信息和线程信息等。
在用户空间对Binder驱动程序进行控制主要使用的接口是mmap、poll和ioctl,ioctl主要使用的ID为:
#define BINDER_WRITE_READ _IOWR('b', 1, struct binder_write_read) #define BINDER_SET_IDLE_TIMEOUT _IOW('b', 3, int64_t) #define BINDER_SET_MAX_THREADS _IOW('b', 5, size_t) #define BINDER_SET_IDLE_PRIORITY _IOW('b', 6, int) #define BINDER_SET_CONTEXT_MGR _IOW('b', 7, int) #define BINDER_THREAD_EXIT _IOW('b', 8, int) #define BINDER_VERSION _IOWR('b', 9, struct binder_version)
BR_XXX等宏为BinderDriverReturnProtocol,表示Binder驱动返回协议。
BC_XXX等宏为BinderDriverCommandProtocol,表示Binder驱动命令协议。
binder_thread是Binder驱动程序中使用的另外一个重要的数据结构,数据结构的定义如下所示:
struct binder_thread { struct binder_proc *proc; struct rb_node rb_node; int pid; int looper; struct binder_transaction *transaction_stack; struct list_head todo; uint32_t return_error; uint32_t return_error2; wait_queue_head_t wait; struct binder_stats stats; };
binder_thread 的各个成员信息是从rb_node中得出。
BINDER_WRITE_READ是最重要的ioctl,它使用一个数据结构binder_write_read定义读写的数据。
struct binder_write_read { signed long write_size; signed long write_consumed; unsigned long write_buffer; signed long read_size; signed long read_consumed; unsigned long read_buffer; };
1.2. ServiceManager部分
servicemanager是一个守护进程,用于这个进程的和/dev/binder通讯,从而达到管理系统中各个服务的作用。可执行程序的路径:
/system/bin/servicemanager
开源版本文件的路径:
frameworks/base/cmds/servicemanager/binder.h frameworks/base/cmds/servicemanager/binder.c frameworks/base/cmds/servicemanager/service_manager.c
程序执行的流程:
open():打开binder驱动
mmap():映射一个128*1024字节的内存
ioctl(BINDER_SET_CONTEXT_MGR):设置上下文为mgr
进入主循环binder_loop()
ioctl(BINDER_WRITE_READ),读取
binder_parse()进入binder处理过程循环处理
binder_parse()的处理,调用返回值
当处理BR_TRANSACTION的时候,调用svcmgr_handler()处理增加服务、检查服务等工作。各种服务存放在一个链表(svclist)中。其中调用binder_等开头的函数,又会调用ioctl的各种命令。
处理BR_REPLY的时候,填充binder_io类型的数据接收。
1.3. Binder的库的部分
binder相关的文件作为Android的uitls库的一部分,这个库编译后的名称为libutils.so,是Android系统中的一个公共库。主要文件的路径如下所示:
frameworks/base/include/utils/* frameworks/base/libs/utils/*
主要的类为:
RefBase.h :引用计数,定义类RefBase。
Parcel.h :为在IPC中传输的数据定义容器,定义类Parcel
IBinder.h:Binder对象的抽象接口, 定义类IBinder
Binder.h:Binder对象的基本功能, 定义类Binder和BpRefBase
BpBinder.h:BpBinder的功能,定义类BpBinder
IInterface.h:为抽象经过Binder的接口定义通用类,定义类IInterface,类模板BnInterface,类模板BpInterface
ProcessState.h:表示进程状态的类,定义类ProcessState
IPCThreadState.h:表示IPC线程的状态,定义类IPCThreadState
各个类之间的关系如下所示:
在IInterface.h中定义的BnInterface和BpInterface是两个重要的模版,这是为各种程序中使用的。
BnInterface模版的定义如下所示:
template<typename INTERFACE> class BnInterface : public INTERFACE, public BBinder { public: virtual sp<IInterface> queryLocalInterface(const String16& _descriptor); virtual const String16& getInterfaceDescriptor() const; protected: virtual IBinder* onAsBinder(); };
BnInterface模版的定义如下所示:
template<typename INTERFACE> class BpInterface : public INTERFACE, public BpRefBase { public: BpInterface(const sp<IBinder>& remote); protected: virtual IBinder* onAsBinder(); };
这两个模版在使用的时候,起到得作用实际上都是双继承:使用者定义一个接口INTERFACE,然后使用BnInterface和BpInterface两个模版结合自己的接口,构建自己的BnXXX和BpXXX两个类。
DECLARE_META_INTERFACE和IMPLEMENT_META_INTERFACE两个宏用于帮助BpXXX类的实现:
#define DECLARE_META_INTERFACE(INTERFACE) \ static const android::String16 descriptor; \ static android::sp<I##INTERFACE> asInterface( \ const android::sp<android::IBinder>& obj); \ virtual const android::String16& getInterfaceDescriptor() const; \ I##INTERFACE(); \ virtual ~I##INTERFACE(); \ #define IMPLEMENT_META_INTERFACE(INTERFACE, NAME) \ const android::String16 I##INTERFACE::descriptor(NAME); \ const android::String16& \ I##INTERFACE::getInterfaceDescriptor() const { \ return I##INTERFACE::descriptor; \ } \ android::sp<I##INTERFACE> I##INTERFACE::asInterface( \ const android::sp<android::IBinder>& obj) \ { \ android::sp<I##INTERFACE> intr; \ if (obj != NULL) { \ intr = static_cast<I##INTERFACE*>( \ obj->queryLocalInterface( \ I##INTERFACE::descriptor).get()); \ if (intr == NULL) { \ intr = new Bp##INTERFACE(obj); \ } \ } \ return intr; \ } \ I##INTERFACE::I##INTERFACE() { } \ I##INTERFACE::~I##INTERFACE() { } \ #define CHECK_INTERFACE(interface, data, reply) \ if (!data.checkInterface(this)) { return PERMISSION_DENIED; } \
在定义自己的类的时候,只需要使用DECLARE_META_INTERFACE和IMPLEMENT_META_INTERFACE两个接口,并
结合类的名称,就可以实现BpInterface中的asInterface()和getInterfaceDescriptor()两个函数。
2. Binder的运作
2.1. Binder的工作机制
Service Manager是一个守护进程,它负责启动各个进程之间的服务,对于相关的两个需要通讯的进程,它们通过调用libutil.so库实现通讯,而真正通讯的机制,是内核空间中的一块共享内存。2.2. 从应用程序的角度看Binder
从应用程序的角度看Binder一共有三个方面:Native 本地:例如BnABC,这是一个需要被继承和实现的类。
Proxy 代理:例如BpABC,这是一个在接口框架中被实现,但是在接口中没有体现的类。
客户端:例如客户端得到一个接口ABC,在调用的时候实际上被调用的是BpABC
1. 本地功能(Bn)部分做的:
实现BnABC:: BnTransact()
注册服务:IServiceManager::AddService
2. 代理部分(Bp)做的:
实现几个功能函数,调用BpABC::remote()->transact()
3. 客户端做的:
获得ABC接口,然后调用接口(实际上调用了BpABC,继而通过IPC调用了BnABC,然后调用了具体的功能)
在程序的实现过程中BnABC和BpABC是双继承了接口ABC。一般来说BpABC是一个实现类,这个实现类不需要在接口中体现,它实际上负责的只是通讯功能,不执行具体的功能;BnABC则是一个接口类,需要一个真正工作的类来继承、实现它,这个类才是真正执行具体功能的类。
在客户端中,从ISeriviceManager中获得一个ABC的接口,客户端调用这个接口,实际上是在调用BpABC,而BpABC又通过Binder的IPC机制和BnABC通讯,BnABC的实现类在后面执行。
事实上,服务器的具体实现和客户端是两个不同的进程,如果不考虑进程间通讯的过程,从调用者的角度,似乎客户端在直接调用另外一个进程间的函数——当然这个函数必须是接口ABC中定义的。
2.3. ISericeManager的作用
ISericeManager涉及的两个文件是ISericeManager.h和ISericeManager.cpp。这两个文件基本上是ISericeManager。ISericeManager是系统最先被启动的服务。非常值得注意的是:ISericeManager本地功能并没有使现,它实际上由ServiceManager守护进程执行,而用户程序通过调用BpServiceManager来获得其他的服务。在ISericeManager.h中定义了一个接口,用于得到默认的ISericeManager:
sp defaultServiceManager();
这时得到的ISericeManager实际上是一个全局的ISericeManager。
3. 程序中Binder的具体实现
3.1. 一个利用接口的具体实现
PermissionController也是libutils中定义的一个有关权限控制的接口,它一共包含两个文件:IPermissionController.h和IPermissionController.cpp这个结构在所有类的实现中都是类似的。头文件IPermissionController.h的主要内容是定义IPermissionController接口和类BnPermissionController:
class IPermissionController : public IInterface { public: DECLARE_META_INTERFACE(PermissionController); virtual bool checkPermission(const String16& permission, int32_t pid, int32_t uid) = 0; enum { CHECK_PERMISSION_TRANSACTION = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION }; }; class BnPermissionController : public BnInterface<IPermissionController> { public: virtual status_t onTransact( uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags = 0); };
IPermissionController是一个接口类,只有checkPermission()一个纯虚函数。
BnPermissionController继承了以BnPermissionController实例化模版类BnInterface。因
此,BnPermissionController,事实上BnPermissionController双继承了BBinder和
IPermissionController。
实现文件IPermissionController.cpp中,首先实现了一个BpPermissionController。
class BpPermissionController : public BpInterface<IPermissionController> { public: BpPermissionController(const sp<IBinder>& impl) : BpInterface<IPermissionController>(impl) { } virtual bool checkPermission(const String16& permission, int32_t pid, int32_t uid) { Parcel data, reply; data.writeInterfaceToken(IPermissionController::getInterfaceDescriptor()); data.writeString16(permission); data.writeInt32(pid); data.writeInt32(uid); remote()->transact(CHECK_PERMISSION_TRANSACTION, data, &reply); // fail on exception if (reply.readInt32() != 0) return 0; return reply.readInt32() != 0; } }; IMPLEMENT_META_INTERFACE(PermissionController, "android.os.IPermissionController");
BpPermissionController继承了BpInterface,它本身是一个已经实现的类,而且并没有在接口中体现。这个类按照格式写就可以,在实现checkPermission()函数的过程中,使用Parcel作为传输数据的容器,传输中时候transact()函数,其参数需要包含枚举值CHECK_PERMISSION_TRANSACTION。
IMPLEMENT_META_INTERFACE用于扶助生成。
BnPermissionController中实现的onTransact()函数如下所示:
status_t BnPermissionController::onTransact( uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags) { //printf("PermissionController received: "); data.print(); switch(code) { case CHECK_PERMISSION_TRANSACTION: { CHECK_INTERFACE(IPermissionController, data, reply); String16 permission = data.readString16(); int32_t pid = data.readInt32(); int32_t uid = data.readInt32(); bool res = checkPermission(permission, pid, uid); // write exception reply->writeInt32(0); reply->writeInt32(res ? 1 : 0); return NO_ERROR; } break; default: return BBinder::onTransact(code, data, reply, flags); } }
在onTransact()函数中根据枚举值判断数据使用的方式。注意,由于BnPermissionController也是继承了类IPermissionController,但是纯虚函数checkPermission()依然没有实现。因此这个BnPermissionController类并不能实例化,它其实也还是一个接口,需要一个实现类来继承它,那才是实现具体功能的类。
3.2. BnABC的实现
本地服务启动后将形成一个守护进程,具体的本地服务是由一个实现类继承BnABC来实现的,这个服务的名称通常叫做ABC。在其中,通常包含了一个instantiate()函数,这个函数一般按照如下的方式实现:
void ABC::instantiate() { defaultServiceManager()->addService( String16("XXX.ABC"), new ABC ()); }
按照这种方式,通过调用defaultServiceManager()函数,将增加一个名为"XXX.ABC"的服务。
在这个defaultServiceManager()函数中调用了:
ProcessState::self()->getContextObject(NULL)); IPCThreadState* ipc = IPCThreadState::self(); IPCThreadState::talkWithDriver()
在ProcessState 类建立的过程中调用open_driver()打开驱动程序,在talkWithDriver()的执行过程中。
3.3. BpABC调用的实现
BpABC调用的过程主要通过mRemote()->transact() 来传输数据,mRemote()是BpRefBase的成员,它是一个IBinder。这个调用过程如下所示:mRemote()->transact() Process::self() IPCThreadState::self()->transact() writeTransactionData() waitForResponse() talkWithDriver() ioctl(fd, BINDER_WRITE_READ, &bwr)
在IPCThreadState::executeCommand()函数中,实现传输操作。
原文出处:http://tech.it168.com/a2009/0331/270/000000270388_2.shtml
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