Android跨进程通信IPC之16——Binder之nativ
2018-08-19 本文已影响72人
凯玲之恋
1 源码位置
/frameworks/av/media/libmedia/
- IMediaDeathNotifier.cpp
framework/native/libs/binder/
- Binder.cpp
- BpBinder.cpp
- IPCThreadState.cpp
- ProcessState.cpp
- IServiceManager.cpp
对应的链接为
在Native层的服务注册，我们依旧选择media为例展开讲解，先来看看media类关系图。
2类图
5713484-1048ad1cfa1b87af.png
图解：
- 蓝色:代表获取MediaPlayerService服务相关的类
- 绿色:代表Binder架构中与Binder驱动通信过程中的最为核心的两个类
- 紫色:代表注册服务和获取服务的公共接口/父类
3 获取服务流程
3.1 getMediaPlayerService()函数
//frameworks/av/media/libmedia/IMediaDeathNotifier.cpp 35行
sp<IMediaPlayerService>&
IMediaDeathNotifier::getMediaPlayerService()
{
Mutex::Autolock _l(sServiceLock);
if (sMediaPlayerService == 0) {
// 获取 ServiceManager
sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
sp<IBinder> binder;
do {
//获取名为"media.player"的服务
binder = sm->getService(String16("media.player"));
if (binder != 0) {
break;
}
usleep(500000); // 0.5s
} while (true);
if (sDeathNotifier == NULL) {
// 创建死亡通知对象
sDeathNotifier = new DeathNotifier();
}
//将死亡通知连接到binder
binder->linkToDeath(sDeathNotifier);
sMediaPlayerService = interface_cast<IMediaPlayerService>(binder);
}
return sMediaPlayerService;
}
其中defaultServiceManager()过程在上面已经说了，返回的是BpServiceManager
在请求获取名为"media.player"的服务过程中，采用不断循环获取的方法。由于MediaPlayerService服务可能还没向ServiceManager注册完成或者尚未启动完成等情况，故则binder返回NULL，休眠0.5s后继续请求，知道获取服务为止。
3.2 BpServiceManager.getService()函数
//frameworks/native/libs/binder/IServiceManager.cpp 134行
virtual sp<IBinder> getService(const String16& name) const
{
unsigned n;
for (n = 0; n < 5; n++){
sp<IBinder> svc = checkService(name);
if (svc != NULL) return svc;
sleep(1);
}
return NULL;
}
- 通过BpServiceManager来获取MediaPlayer服务：检索服务是否存在，当服务存在则返回相应的服务，当服务不存在则休眠1s再继续检索服务。
- 该循环进行5次。为什么循环5次？这估计和Android的ANR的时间为5s相关。如果每次都无法获取服务，循环5次，每次循环休眠1s，忽略checkService()的时间，差不多是5s的时间。
3.3 BpSeriveManager.checkService()函数
//frameworks/native/libs/binder/IServiceManager.cpp 146行
virtual sp<IBinder> checkService( const String16& name) const
{
Parcel data, reply;
//写入RPC头
data.writeInterfaceToken(IServiceManager::getInterfaceDescriptor());
//写入服务名
data.writeString16(name);
remote()->transact(CHECK_SERVICE_TRANSACTION, data, &reply);
return reply.readStrongBinder();
}
检索制定服务是否存在，其中remote()为BpBinder
3.4 BpBinder::transact()函数
// /frameworks/native/libs/binder/BpBinder.cpp 159行
status_t BpBinder::transact(
uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)
{
if (mAlive) {
status_t status = IPCThreadState::self()->transact(
mHandle, code, data, reply, flags);
if (status == DEAD_OBJECT) mAlive = 0;
return status;
}
return DEAD_OBJECT;
}
Binder代理类调用transact()方法，真正工作还是交给IPCThreadState来进行transact工作。
3.4.1 IPCThreadState::self()函数
IPCThreadState* IPCThreadState::self()
{
if (gHaveTLS) {
restart:
const pthread_key_t k = gTLS;
IPCThreadState* st = (IPCThreadState*)pthread_getspecific(k);
if (st) return st;
//初始化 IPCThreadState
return new IPCThreadState;
}
if (gShutdown) return NULL;
pthread_mutex_lock(&gTLSMutex);
//首次进入gHaveTLS为false
if (!gHaveTLS) {
//创建线程的TLS
if (pthread_key_create(&gTLS, threadDestructor) != 0) {
pthread_mutex_unlock(&gTLSMutex);
return NULL;
}
gHaveTLS = true;
}
pthread_mutex_unlock(&gTLSMutex);
goto restart;
}
- TLS是指Thread local storage(线程本地存储空间)，每个线程都拥有自己的TLS，并且是私有空间，线程之间不会共享。
- 通过pthread_getspecific()/pthread_setspecific()函数可以获取/设置这些空间中的内容。从线程本地存储空间获的保存期中的IPCThreadState对象。
以后面的流程和上面的注册流程大致相同，主要流程也是 IPCThreadState:: transact()函数、IPCThreadState::writeTransactionData()函数、IPCThreadState::waitForResponse()函数和IPCThreadState.talkWithDriver()函数，Android跨进程通信IPC之15——Binder之Framework层C++篇--注册服务已经讲解过了，这里就不详细说明了。我们从IPCThreadState.talkWithDriver() 开始继讲解
3.4.2 IPCThreadState:: talkWithDriver()函数
status_t IPCThreadState::talkWithDriver(bool doReceive)
{
...
binder_write_read bwr;
const bool needRead = mIn.dataPosition() >= mIn.dataSize();
const size_t outAvail = (!doReceive || needRead) ? mOut.dataSize() : 0;
bwr.write_size = outAvail;
bwr.write_buffer = (uintptr_t)mOut.data();
//接收数据缓冲区信息的填充。如果以后收到数据，就直接填在mIn中了。
if (doReceive && needRead) {
bwr.read_size = mIn.dataCapacity();
bwr.read_buffer = (uintptr_t)mIn.data();
} else {
bwr.read_size = 0;
bwr.read_buffer = 0;
}
//当读缓冲和写缓冲都为空，则直接返回
if ((bwr.write_size == 0) && (bwr.read_size == 0)) return NO_ERROR;
bwr.write_consumed = 0;
bwr.read_consumed = 0;
status_t err;
do {
//通过ioctl不停的读写操作，跟Binder Driver进行通信
if (ioctl(mProcess->mDriverFD, BINDER_WRITE_READ, &bwr) >= 0)
err = NO_ERROR;
...
//当被中断，则继续执行
} while (err == -EINTR);
...
return err;
}
binder_write_read结构体 用来与Binder设备交换数据的结构，通过ioctl与mDriverFD通信，是真正的与Binder驱动进行数据读写交互的过程。先向service manager进程发送查询服务的请求(BR_TRANSACTION)。当service manager 进程收到带命令后，会执行do_find_service()查询服务所对应的handle，然后再binder_send_reply()应发送者，发送BC_REPLY协议，然后再调用binder_transaction()，再向服务请求者的todo队列插入事务。接下来，再看看binder_transaction过程。
3.4.2.1 binder_transaction()函数
//kernel/drivers/android/binder.c 1827行
static void binder_transaction(struct binder_proc *proc,
struct binder_thread *thread,
struct binder_transaction_data *tr, int reply){
//根据各种判定，获取以下信息：
// 目标线程
struct binder_thread *target_thread；
// 目标进程
struct binder_proc *target_proc；
/// 目标binder节点
struct binder_node *target_node；
// 目标 TODO队列
struct list_head *target_list；
// 目标等待队列
wait_queue_head_t *target_wait；
...
//分配两个结构体内存
struct binder_transaction *t = kzalloc(sizeof(*t), GFP_KERNEL);
struct binder_work *tcomplete = kzalloc(sizeof(*tcomplete), GFP_KERNEL);
//从target_proc分配一块buffer
t->buffer = binder_alloc_buf(target_proc, tr->data_size,
for (; offp < off_end; offp++) {
switch (fp->type) {
case BINDER_TYPE_BINDER: ...
case BINDER_TYPE_WEAK_BINDER: ...
case BINDER_TYPE_HANDLE:
case BINDER_TYPE_WEAK_HANDLE: {
struct binder_ref *ref = binder_get_ref(proc, fp->handle,
fp->type == BINDER_TYPE_HANDLE);
...
//此时运行在servicemanager进程，故ref->node是指向服务所在进程的binder实体，
//而target_proc为请求服务所在的进程，此时并不相等。
if (ref->node->proc == target_proc) {
if (fp->type == BINDER_TYPE_HANDLE)
fp->type = BINDER_TYPE_BINDER;
else
fp->type = BINDER_TYPE_WEAK_BINDER;
fp->binder = ref->node->ptr;
// BBinder服务的地址
fp->cookie = ref->node->cookie;
binder_inc_node(ref->node, fp->type == BINDER_TYPE_BINDER, 0, NULL);
} else {
struct binder_ref *new_ref;
//请求服务所在进程并非服务所在进程，则为请求服务所在进程创建binder_ref
new_ref = binder_get_ref_for_node(target_proc, ref->node);
fp->binder = 0;
//重新给handle赋值
fp->handle = new_ref->desc;
fp->cookie = 0;
binder_inc_ref(new_ref, fp->type == BINDER_TYPE_HANDLE, NULL);
}
} break;
case BINDER_TYPE_FD: ...
}
}
//分别target_list和当前线程TODO队列插入事务
t->work.type = BINDER_WORK_TRANSACTION;
list_add_tail(&t->work.entry, target_list);
tcomplete->type = BINDER_WORK_TRANSACTION_COMPLETE;
list_add_tail(&tcomplete->entry, &thread->todo);
if (target_wait)
wake_up_interruptible(target_wait);
return;
}
这个过程非常重要，分两种情况来说：
- 情况1 当请求服务的进程与服务属于不同的进程，则为请求服务所在进程创建binder_ref对象，指向服务进程中的binder_node
- 当请求服务的进程与服务属于同一进程，则不再创建新对象，只是引用计数+1，并且修改type为BINDER_TYPE_BINER或BINDER_TYPE_WEAK_BINDER。
3.4.2.2 binder_thread_read()函数
//kernel/drivers/android/binder.c 2650行
binder_thread_read（struct binder_proc *proc,struct binder_thread *thread,binder_uintptr_t binder_buffer, size_t size,binder_size_t *consumed, int non_block）{
...
//当线程todo队列有数据则执行往下执行；当线程todo队列没有数据，则进入休眠等待状态
ret = wait_event_freezable(thread->wait, binder_has_thread_work(thread));
...
while (1) {
uint32_t cmd;
struct binder_transaction_data tr;
struct binder_work *w;
struct binder_transaction *t = NULL;
//先从线程todo队列获取事务数据
if (!list_empty(&thread->todo)) {
w = list_first_entry(&thread->todo, struct binder_work, entry);
// 线程todo队列没有数据, 则从进程todo对获取事务数据
} else if (!list_empty(&proc->todo) && wait_for_proc_work) {
...
}
switch (w->type) {
case BINDER_WORK_TRANSACTION:
//获取transaction数据
t = container_of(w, struct binder_transaction, work);
break;
case : ...
}
//只有BINDER_WORK_TRANSACTION命令才能继续往下执行
if (!t) continue;
if (t->buffer->target_node) {
...
} else {
tr.target.ptr = NULL;
tr.cookie = NULL;
//设置命令为BR_REPLY
cmd = BR_REPLY;
}
tr.code = t->code;
tr.flags = t->flags;
tr.sender_euid = t->sender_euid;
if (t->from) {
struct task_struct *sender = t->from->proc->tsk;
//当非oneway的情况下,将调用者进程的pid保存到sender_pid
tr.sender_pid = task_tgid_nr_ns(sender, current->nsproxy->pid_ns);
} else {
...
}
tr.data_size = t->buffer->data_size;
tr.offsets_size = t->buffer->offsets_size;
tr.data.ptr.buffer = (void *)t->buffer->data +
proc->user_buffer_offset;
tr.data.ptr.offsets = tr.data.ptr.buffer +
ALIGN(t->buffer->data_size,
sizeof(void *));
//将cmd和数据写回用户空间
put_user(cmd, (uint32_t __user *)ptr);
ptr += sizeof(uint32_t);
copy_to_user(ptr, &tr, sizeof(tr));
ptr += sizeof(tr);
list_del(&t->work.entry);
t->buffer->allow_user_free = 1;
if (cmd == BR_TRANSACTION && !(t->flags & TF_ONE_WAY)) {
...
} else {
t->buffer->transaction = NULL;
//通信完成则运行释放
kfree(t);
}
break;
}
done:
*consumed = ptr - buffer;
if (proc->requested_threads + proc->ready_threads == 0 &&
proc->requested_threads_started < proc->max_threads &&
(thread->looper & (BINDER_LOOPER_STATE_REGISTERED |
BINDER_LOOPER_STATE_ENTERED))) {
proc->requested_threads++;
// 生成BR_SPAWN_LOOPER命令，用于创建新的线程
put_user(BR_SPAWN_LOOPER, (uint32_t __user *)buffer)；
}
return 0;
}
3.4.3 readStrongBinder()函数
//frameworks/native/libs/binder/Parcel.cpp 1334行
sp<IBinder> Parcel::readStrongBinder() const
{
sp<IBinder> val;
unflatten_binder(ProcessState::self(), *this, &val);
return val;
}
里面主要是调用unflatten_binder()函数
那我们就来详细看下
3.4.3.1 unflatten_binder()函数
status_t unflatten_binder(const sp<ProcessState>& proc,
const Parcel& in, sp<IBinder>* out)
{
const flat_binder_object* flat = in.readObject(false);
if (flat) {
switch (flat->type) {
case BINDER_TYPE_BINDER:
// 当请求服务的进程与服务属于同一进程
*out = reinterpret_cast<IBinder*>(flat->cookie);
return finish_unflatten_binder(NULL, *flat, in);
case BINDER_TYPE_HANDLE:
//请求服务的进程与服务属于不同进程
*out = proc->getStrongProxyForHandle(flat->handle);
//创建BpBinder对象
return finish_unflatten_binder(
static_cast<BpBinder*>(out->get()), *flat, in);
}
}
return BAD_TYPE;
}
如果服务的进程与服务属于不同的进程会调用getStrongProxyForHandle()函数，那我们就好好研究下
3.4.3.2 getStrongProxyForHandle()函数
sp<IBinder> ProcessState::getStrongProxyForHandle(int32_t handle)
{
sp<IBinder> result;
AutoMutex _l(mLock);
//查找handle对应的资源项[2.9.3]
handle_entry* e = lookupHandleLocked(handle);
if (e != NULL) {
IBinder* b = e->binder;
if (b == NULL || !e->refs->attemptIncWeak(this)) {
...
//当handle值所对应的IBinder不存在或弱引用无效时，则创建BpBinder对象
b = new BpBinder(handle);
e->binder = b;
if (b) e->refs = b->getWeakRefs();
result = b;
} else {
result.force_set(b);
e->refs->decWeak(this);
}
}
return result;
}
readStrong的功能是flat_binder_object解析并创建BpBinder对象
3.4.3.3 lookupHandleLocked函数
ProcessState::handle_entry* ProcessState::lookupHandleLocked(int32_t handle)
{
const size_t N=mHandleToObject.size();
//当handle大于mHandleToObject的长度时，进入该分支
if (N <= (size_t)handle) {
handle_entry e;
e.binder = NULL;
e.refs = NULL;
//从mHandleToObject的第N个位置开始，插入(handle+1-N)个e到队列中
status_t err = mHandleToObject.insertAt(e, N, handle+1-N);
if (err < NO_ERROR) return NULL;
}
return &mHandleToObject.editItemAt(handle);
}
根据handle值来查找对应的handle_entry。
4 死亡通知
死亡通知时为了让Bp端知道Bn端的生死情况
- DeathNotifier是继承IBinder::DeathRecipient类，主要需要实现其binderDied()来进行死亡通告。
- 注册：binder->linkToDeath(sDeathNotifier)是为了将sDeathNotifier死亡通知注册到Binder上。
Bp端只需要覆写binderDied()方法，实现一些后尾清楚类的工作，则在Bn端死掉后，会回调binderDied()进行相应处理
4.1 linkToDeath()函数
// frameworks/native/libs/binder/BpBinder.cpp 173行
status_t BpBinder::linkToDeath(
const sp<DeathRecipient>& recipient, void* cookie, uint32_t flags)
{
Obituary ob;
ob.recipient = recipient;
ob.cookie = cookie;
ob.flags = flags;
{
AutoMutex _l(mLock);
if (!mObitsSent) {
if (!mObituaries) {
mObituaries = new Vector<Obituary>;
if (!mObituaries) {
return NO_MEMORY;
}
getWeakRefs()->incWeak(this);
IPCThreadState* self = IPCThreadState::self();
self->requestDeathNotification(mHandle, this);
self->flushCommands();
}
ssize_t res = mObituaries->add(ob);
return res >= (ssize_t)NO_ERROR ? (status_t)NO_ERROR : res;
}
}
return DEAD_OBJECT;
}
里面调用了requestDeathNotification()函数
4.2 requestDeathNotification()函数
//frameworks/native/libs/binder/IPCThreadState.cpp 670行
status_t IPCThreadState::requestDeathNotification(int32_t handle, BpBinder* proxy)
{
mOut.writeInt32(BC_REQUEST_DEATH_NOTIFICATION);
mOut.writeInt32((int32_t)handle);
mOut.writePointer((uintptr_t)proxy);
return NO_ERROR;
}
向binder driver发送 BC_REQUEST_DEATH_NOTIFICATION命令。后面的流程和 Service Manager 里面的 ** binder_link_to_death() ** 的过程。
4.3 binderDied()函数
//frameworks/av/media/libmedia/IMediaDeathNotifier.cpp 78行
void IMediaDeathNotifier::DeathNotifier::binderDied(const wp<IBinder>& who __unused) {
SortedVector< wp<IMediaDeathNotifier> > list;
{
Mutex::Autolock _l(sServiceLock);
// 把Bp端的MediaPlayerService清除掉
sMediaPlayerService.clear();
list = sObitRecipients;
}
size_t count = list.size();
for (size_t iter = 0; iter < count; ++iter) {
sp<IMediaDeathNotifier> notifier = list[iter].promote();
if (notifier != 0) {
//当MediaServer挂了则通知应用程序，应用程序回调该方法
notifier->died();
}
}
}
客户端进程通过Binder驱动获得Binder的代理(BpBinder)，死亡通知注册的过程就是客户端进程向Binder驱动注册的一个死亡通知，该死亡通知关联BBinder，即与BpBinder所对应的服务端。
4.4 unlinkToDeath()函数
当Bp在收到服务端的死亡通知之前先挂了，那么需要在对象的销毁方法内，调用unlinkToDeath()来取消死亡通知；
//frameworks/av/media/libmedia/IMediaDeathNotifier.cpp 101行
IMediaDeathNotifier::DeathNotifier::~DeathNotifier()
{
Mutex::Autolock _l(sServiceLock);
sObitRecipients.clear();
if (sMediaPlayerService != 0) {
IInterface::asBinder(sMediaPlayerService)->unlinkToDeath(this);
}
}
4.5 触发时机
- 每当service进程退出时，service manager 会收到来自Binder驱动的死亡通知。
- 这项工作在启动Service Manager时通过 binder_link_to_death(bs, ptr, &si->death)完成。
- 另外，每个Bp端也可以自己注册死亡通知，能获取Binder的死亡消息，比如前面的IMediaDeathNotifier。
那Binder的死亡通知时如何被出发的？对于Binder的IPC进程都会打开/dev/binder文件，当进程异常退出的时候，Binder驱动会保证释放将要退出的进程中没有正常关闭的/dev/binder文件，实现机制是binder驱动通过调用/dev/binder文件所对应的release回调函数，执行清理工作，并且检查BBinder是否有注册死亡通知，当发现存在死亡通知时，那么久向其对应的BpBinder端发送死亡通知消息。
5 总结
在请求服务(getService)的过程，当执行到binder_transaction()时，会区分请求服务所属进程情况。
- 当请求服务的进程与服务属于不同进程，则为请求服务所在进程创binder_ref对象，指向服务进程的binder_noder
- 当请求服务的进程与服务属于同一进程， 则不再创建新对象，只是引用计数+1，并且修改type为BINDER_TYPE_BINDER或BINDER_TYPE_WEAK_BINDER。
- 最终readStrongBinder()，返回的是BB对象的真实子类
