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Android 开发之serviceManager分析

在Android系统中用到最多的通信机制就是Binder，Binder主要由Client、Server、ServiceManager和Binder驱动程序组成。其中Client、Service和ServiceManager运行在用户空间，而Binder驱动程序运行在内核空间。核心组件就是Binder驱动程序了，而ServiceManager提供辅助管理的功能，无论是Client还是Service进行通信前首先要和ServiceManager取得联系。而ServiceManager是一个守护进程，负责管理Server并向Client提供查询Server的功能。

在init.rc中servicemanager是作为服务启动的，而且是在zygote启动之前
service servicemanager /system/bin/servicemanager
class core
user system
group system
critical
onrestart restart zygote
onrestart restart media
onrestart restart surfaceflinger
onrestart restart drm

源码位置：frameworks/base/cmds/servicemanager/service_manager.c

int main(int argc, char** argv)
{
struct binder_state *bs;
void* svcmgr = BINDER_SERVICE_MANAGER;

bs = binder_open(128*1024);

binder_become_context_manager(bs);

svcmgr_handle = svcmgr;

binder_loop(bs, svcmgr_handler);

return 0;
}

这里main函数主要有三个功能：
1）打开Binder设备文件
首先我们来看看这个struct binder_state结构体
struct binder_state
{
int fd; // 文件描述符，打开/dev/binder设备
void* mapped; // 把设备文件/dev/binder映射到进程空间的起始地址
unsigned mapsize; // 映射内存空间的大小
};

宏：#define BINDER_SERVICE_MANAGER ((void*)0)
表示ServiceManager对应的句柄为0，表面自己是服务器管理者。其他的Server进程句柄值都是大于0的。

struct binder_state* binder_open(unsigned mapsize)
{
struct binder_state* bs;
bs = malloc(sizeof(*bs));
bs->fd = open("/dev/binder", O_RDWR);
bs->mapsize = mapsize;
bs->mapped = mmap(NULL, mapsize, PROT_READ, MAP_PRIVATE, bs->fd, 0);
return bs;
}
这里主要就是打开Binder设备，映射128K的内存地址空间

2）告诉Binder驱动程序自己是Binder上下文管理者

int binder_become_context_manager(struct binder_state *bs)
{
return ioctl(bs->fd, BINDER_SET_CONTEXT_MGR, 0);
}
调用驱动程序设置这个进程为管理者BINDER_SET_CONTEXT_MGR

3）进入一个无线循环，充当server角色，等待Client的请求

void binder_loop(struct binder_state bs, binder_handler func)
{
struct binder_write_read bwr;
unsigned readbuf[32];

bwr.write_size = 0;
bwr.write_consumed = 0;
bwr.write_buffer = 0;
readbuf[0] = BC_ENTER_LOOPER;	// 设置事件类型为LOOPER
// 调用ioctl函数，通知Binder设备servicemanager开始进入loop状态
binder_write(bs, readbuf, sizeof(unsigned));

for(;;) {
bwr.read_size = sizeof(readbuf);
bwr.read_consumed = 0;
bwr.read_buffer = (unsigned)readbuf;
// 进入Binder设备缓冲区，检查是否有IPC请求
ioctl(bs->fd, BINDER_WRITE_READ, &bwr);
// 对于请求调用binder_parse进行解析处理
binder_parse(bs, 0, readbuf, bwr.read_consumed, func);
}
}

这里我们看下struct binder_write_read这个结构体：
struct binder_write_read{
signed long write_size;
signed long write_consumed;	// bytes consumed by driver
unsigned long write_buffer;
signed long read_size;
signed long read_consumed;	// bytes consumed by driver
unsigned long read_buffer;
};

int binder_parse(struct binder_state *bs, struct binder_io *bio, uint32_t *ptr,
uint32_t size, binder_handler func)
{
uint32_t *end = ptr + (size / 4);
while(ptr < end) {
uint32_t cmd = *ptr++;
switch(cmd) {
......
case BR_TRANSACTOIN:{	// 收到请求进行处理
struct bindeer_txn *txn = (void*) ptr;
if(func) {
unsigned rdata[256/4];
struct binder_io msg;
struct binder_io reply;
bio_init(&reply, rdata, sizeof(rdata), 4);
bio_init_from_txn(&msg, txn);
ret = func(bs, txn, &msg, &reply);
binder_send_reply(bs, &reply, txn->data, res);
}
ptr += sizeof(*txn) / sizeof(uint32_t);
break;
}
case BR_REPLY: { 	// 回复的请求处理
struct binder_txn *txn = (void*)ptr;
if(bio) {
bio_init_from_txn(bio, txn);
bio = 0;
}else {
// to free buffer
}
ptr += sizeof(*txn) / sizeof(uint32_t);
r = 0;
break;
}
case BR_DEAD_BINDER: {
struct binder_death* death = (void*)*ptr++;
death->func(bs, death->ptr);
break;
}
...
}
}
return r;
}
/*这里binder_parse函数首先将binder读取过来的请求数据转化为bindeer_txn结构体，然后根据这个结构体
初始化binder_io msg，交给回调函数svcmgr_handler处理，同时返回一个binder_io reply，最后将
这个reply发送返回给客户端。*/
struc binder_io
{
char* data;		// 指向read/write的数据
uint32_t *offs;		// 偏移数组
uint32_t data_avail;	// data中有效字节长
uint32_t offs_avail;	// 偏移数组中有效字节长
char* data0;		// data起始地址
uint32_t *offs0;	// 偏移buffer的起始地址
uint32_t flags;
uint32_t unused;
};
最终调用的处理函数还是svcmgr_handler，终于要开始出来请求数据了：

int svcmgr_handler(struct binder_state* bs, struct binder_txn *txn,
struct binder_io *msg, struct binder_io *reply)
{
struct svcinfo *si;
uint16_t *s;
unsigned len;
void* ptr;
uint32_t strict_policy;

if(txn->target != svcmgr_handler)
return -1;	// 首先判断这个消息的是不是发给自己的
strict_policy = bio_get_uint32(msg);
s = bio_get_string16(msg, &len);
switch(txn->code) {
case SVC_MGR_GET_SERVICE:
case SVC_MGR_CHECK_SERVICE:
s = bio_get_string16(msg, &len);	// 获取要查询的服务名字
ptr = do_find_service(bs, s, len);	// 根据服务名字查找链表
bio_put_ref(reply, ptr);
return 0;
case SVC_MGR_ADD_SERVICE: 			// 添加服务
s = bio_get_string16(msg, &len);
ptr = bio_get_ref(msg);
do_add_service(bs, s, len, ptr, txn->sender_euid);
bio_put_uint32(reply, 0);	// 告知添加成功
return 0;
....
}
return 0;
}

首先我们得看看Binder是怎么组织Binder传递消息的数据结构的，根据前面我们知道调用Binder驱动
的时候我们获得了一个void* ptr结构体，强制转化为binder_txn *txn，然后根据这个txn我们获得了
Binder的输入输出结构体binder_io *bio。最后我们不管是处理请求还是发送回复都是处理这个bio结构。
而我们的Binder通信的binder结构是由binder_object来组织的，指向binder_io结构里面data。
首先我们得看看Binder是怎么组织Binder传递消息的数据结构的，根据前面我们知道调用Binder驱动
的时候我们获得了一个void* ptr结构体，强制转化为binder_txn *txn，然后根据这个txn我们获得了
Binder的输入输出结构体binder_io *bio。最后我们不管是处理请求还是发送回复都是处理这个bio结构。
而我们的Binder通信的binder结构是由binder_object来组织的，指向binder_io结构里面data。

struct binder_object
{
uint32_t type;
uint32_t flags;
void* pointer;
void* cookie;
};

上面的binder_object结构体内容依次对应着我们代码中的：
bio_get_uint32(msg);
bio_get_string16(msg, &len);
bio_get_string16(msg, &len);
bio_get_ref(msg);
上面的binder_object结构体内容依次对应着我们代码中的：
bio_get_uint32(msg);
bio_get_string16(msg, &len);
bio_get_string16(msg, &len);
bio_get_ref(msg);

当客户端需要添加服务的时候：SVC_MGR_ADD_SERVICE
1）首先调用bio_get_string16()从binder_io中获得服务名字。
2）调用bio_get_ref()从binder_io中获得服务的binder实体struct binder_object

void* bio_get_ref(struct binder_io* bio)
{
struct binder_object* obj;
obj = _bio_get_obj(bio);// 这个函数最终调用的是	void* ptr = bio->data;
return obj->pointer;
}

3）调用do_add_service()将上面的Binder实体引用写到服务中，再通过名字加到全局链表中

int do_add_service(struct binder_state* bs, uint16_t *s, unsigned len, void* ptr, unsigned uid)
{
struct svcinfo *si;

svc_can_register(uid, s);	// 检查权限

si = find_svc(s, len);
// 根据名字查找链表，判断是否已经存在
si = malloc(sizeof(*si) + (len+1)*sizeof(uin16_t));
si->ptr = ptr;	//指向上面的binder_object的pointer也就是Binder实体
memcpy(si->name, s, (len+1)*sizeof(uint16_t));
si->name[len] = '\0';
si->death.func = svcinfo_death;
si->death.ptr = si;
si->next = svclist;
svclist = si;

binder_acquire(bs, ptr);
binder_link_to_death(bs, ptr, &si->death);
return 0;
}

当客户端需要查询服务的时候：
1）bio_get_string16() 获得服务名字
2）do_find_service() 遍历全局链表svclist，根据服务名字找到对应的服务并返回。
2）bio_put_ref(reply, ptr);这里reply就是需要返回给客户端的结构体，而ptr就是指向目标Binder实体。

void bio_put_ref(struct binder_io* bio, void* ptr)
{
struct binder_object *obj;
obj = bio_alloc(bio);
obj->flags = 0x7f | FLAT_BINDER_FLAG_ACCEPTS_FDS;
obj->type = BINDER_TYPE_HANDLE;
obj->pointer = ptr;
obj->cookie = 0;
}

回到binder_parse函数里面，执行：binder_send_reply()通知Binder驱动程序。