Android为什么选用Binder作为通信方式

为什么选用Binder，在讨论这个问题之前，我们知道Android也是基于Linux内核，Linux现有的进程通信手段有以下几种：

• 管道：在创建时分配一个page大小的内存，缓存区大小比较有限；
• 消息队列：信息复制两次，额外的CPU消耗；不合适频繁或信息量大的通信；
• 共享内存：无须复制，共享缓冲区直接附加到进程虚拟地址空间，速度快；但进程间的同步问题操作系统无法实现，必须各进程利用同步工具解决；
• 套接字：作为更通用的接口，传输效率低，主要用于不同机器或跨网络的通信；
• 信号量：常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。 不适用于信息交换，更适用于进程中断控制，比如非法内存访问，杀死某个进程等；

既然有现有的IPC方式，为什么重新设计一套Binder机制呢。主要是出于以上三个方面的考量：

1. 效率：传输效率主要影响因素是内存拷贝的次数，拷贝次数越少，传输速率越高。从Android进程架构角度分析：对于消息队列、Socket和管道来说，数据先从发送方的缓存区拷贝到内核开辟的缓存区中，再从内核缓存区拷贝到接收方的缓存区，一共两次拷贝，如图：

   
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   而对于Binder来说，数据从发送方的缓存区拷贝到内核的缓存区，而接收方的缓存区与内核的缓存区是映射到同一块物理地址的，节省了一次数据拷贝的过程，如图：

   
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   共享内存不需要拷贝，Binder的性能仅次于共享内存。
2. 稳定性：上面说到共享内存的性能优于Binder，那为什么不采用共享内存呢，因为共享内存需要处理并发同步问题，容易出现死锁和资源竞争，稳定性较差。Socket虽然是基于C/S架构的，但是它主要是用于网络间的通信且传输效率较低。Binder基于C/S架构 ，Server端与Client端相对独立，稳定性较好。
3. 安全性：传统Linux IPC的接收方无法获得对方进程可靠的UID/PID，从而无法鉴别对方身份；而Binder机制为每个进程分配了UID/PID，且在Binder通信时会根据UID/PID进行有效性检测。

Binder机制的作用和原理

Linux系统将一个进程分为用户空间和内核空间。对于进程之间来说，用户空间的数据不可共享，内核空间的数据可共享，为了保证安全性和独立性，一个进程不能直接操作或者访问另一个进程，即Android的进程是相互独立、隔离的，这就需要跨进程之间的数据通信方式。普通的跨进程通信方式一般需要2次内存拷贝，如下图所示：

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一次完整的 Binder IPC 通信过程通常是这样：

• 首先 Binder 驱动在内核空间创建一个数据接收缓存区。
• 接着在内核空间开辟一块内核缓存区，建立内核缓存区和内核中数据接收缓存区之间的映射关系，以及内核中数据接收缓存区和接收进程用户空间地址的映射关系。
• 发送方进程通过系统调用 copyfromuser() 将数据 copy 到内核中的内核缓存区，由于内核缓存区和接收进程的用户空间存在内存映射，因此也就相当于把数据发送到了接收进程的用户空间，这样便完成了一次进程间的通信。
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  节选自：跨进程通信