Bindler 入门

参考：
https://juejin.im/post/5acccf845188255c3201100f
https://www.jianshu.com/p/1eff5a13000d
https://blog.csdn.net/andywuchuanlong/article/details/43937493
https://blog.csdn.net/carson_ho/article/details/73560642

Binder 概述

Binder 是一种进程间通信机制，基于开源的 OpenBinder 实现；
字面上来解释 Binder 有胶水、粘合剂的意思，顾名思义就是粘和不同的进程，使之实现通信。

为什么必须理解 Binder ？

作为 Android 工程师的你，是不是常常会有这样的疑问：

• 为什么 Activity 间传递对象需要序列化？
• Activity 的启动流程是什么样的？
• 四大组件底层的通信机制是怎样的？
• AIDL 内部的实现原理是什么？
• 插件化编程技术应该从何学起？等等...

这些问题的背后都与 Binder 有莫大的关系，要弄懂上面这些问题理解 Bidner 通信机制是必须的。
binder使用场景简介：

1, 我们知道 Android 应用程序是由 Activity、Service、Broadcast Receiver 和 Content Provide 四大组件中的一个或者多个组成的。
2, 有时这些组件运行在同一进程，有时运行在不同的进程。
3, 这些进程间的通信就依赖于 Binder IPC 机制。
4, 不仅如此，Android 系统对应用层提供的各种服务如：ActivityManagerService、PackageManagerService 等都是基于 Binder IPC 机制来实现的。
5, Binder 机制在 Android 中的位置非常重要，毫不夸张的说理解 Binder 是迈向 Android 高级工程的第一步。

为什么是 Binder ?

Android 系统是基于 Linux 内核的，Linux 已经提供了管道、消息队列、共享内存和 Socket 等 IPC 机制。那为什么 Android 还要提供 Binder 来实现 IPC 呢？
主要是基于性能、稳定性和安全性几方面的原因。

优势	描述
性能	只需要一次数据拷贝，性能上仅次于共享内存
稳定性	基于 C/S 架构，职责明确、架构清晰，因此稳定性好
安全性	为每个 APP 分配 UID，进程的 UID 是鉴别进程身份的重要标志

Linux 下传统的进程间通信原理

了解 Linux IPC 相关的概念和原理有助于我们理解 Binder 通信原理。

基本概念介绍

image.png

上图展示了 Liunx 中跨进程通信涉及到的一些基本概念

• 进程隔离
• 进程空间划分：用户空间(User Space)/内核空间(Kernel Space)
• 系统调用：用户态/内核态

系统调用是用户空间访问内核空间的唯一方式，保证了所有的资源访问都是在内核的控制下进行的，避免了用户程序对系统资源的越权访问，提升了系统安全性和稳定性。

传统的 IPC 通信方式有两个问题：

• 性能低下，一次数据传递需要经历：内存缓存区 --> 内核缓存区 --> 内存缓存区，需要 2 次数据拷贝
• 接收数据的缓存区由数据接收进程提供，但是接收进程并不知道需要多大的空间来存放将要传递过来的数据，因此只能开辟尽可能大的内存空间或者先调用 API 接收消息头来获取消息体的大小，这两种做法不是浪费空间就是浪费时间。

Binder 跨进程通信原理

Binder 并不是 Linux 系统内核的一部分，那怎么办呢？这就得益于 Linux 的动态内核可加载模块（Loadable Kernel Module，LKM）的机制；

在 Android 系统中，这个运行在内核空间，负责各个用户进程通过 Binder 实现通信的内核模块就叫 Binder 驱动（Binder Dirver）。

特性： 内存映射。

内存映射简单的讲就是将用户空间的一块内存区域映射到内核空间。映射关系建立后，用户对这块内存区域的修改可以直接反应到内核空间；反之内核空间对这段区域的修改也能直接反应到用户空间。

Binder IPC 实现原理

IBinder通宵流程.png

• 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 copy_from_user() 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。

Binder 通信模型

一次完整的进程间通信必然至少包含两个进程，通常我们称通信的双方分别为客户端进程（Client）和服务端进程（Server），由于进程隔离机制的存在，通信双方必然需要借助 Binder 来实现。

• Binder 是基于 C/S 架构的。由一系列的组件组成，包括 Client、Server、ServiceManager、Binder 驱动。
• 其中 Service Manager 和 Binder 驱动由系统提供，而 Client、Server 由应用程序来实现。
• 其中 Client、Server、Service Manager 运行在用户空间，Binder 驱动运行在内核空间。
• Client、Server 和 ServiceManager 均是通过系统调用 open、mmap 和 ioctl 来访问设备文件 /dev/binder，从而实现与 Binder 驱动的交互来间接的实现跨进程通信。
• Client、Server、ServiceManager、Binder 驱动这几个组件在通信过程中扮演的角色就如同互联网中服务器（Server）、客户端（Client）、DNS域名服务器（ServiceManager）以及路由器（Binder 驱动）之前的关系。

Binder 通信中的代理模式

假对象，真数据

A 进程想要 B 进程中某个对象（object）是如何实现的呢？毕竟它们分属不同的进程，A 进程 没法直接使用 B 进程中的 object。

• 驱动并不会真的把 object 返回给 A，而是返回了一个跟 object 看起来一模一样的代理对象 objectProxy;
• 这个 objectProxy 具有和 object 一摸一样的方法，但是这些方法并没有 B 进程中 object 对象那些方法的能力，这些方法只需要把把请求参数交给驱动即可。对于 A 进程来说和直接调用 object 中的方法是一样的。
• Binder 驱动接收到 A 进程的消息后，发现这是个 objectProxy 就去查询自己维护的表单，一查发现这是 B 进程 object 的代理对象。于是就会去通知 B 进程调用 object 的方法，并要求 B 进程把返回结果发给自己。当驱动拿到 B 进程的返回结果后就会转发给 A 进程，一次通信就完成了。

手动编码实现跨进程调用

实现进程间通信用的最多的就是 AIDL。
当我们定义好 AIDL 文件，在编译时编译器会帮我们生成代码实现 IPC 通信。
借助 AIDL 编译以后的代码能帮助我们进一步理解 Binder IPC 的通信原理。