Android Binder机制分析

I. Android系统Binder机制之一（Service Manager篇）

本文转载整理自：http://my.unix-center.net/~Simon_fu/?p=875

一、前言

Android虽然构建在Linux上面，但是在IPC（进程间）机制方面，没有利用Linux提供IPC机制，而是自己实现了一套轻量级的IPC机制——binder机制。并且Android Binder机制之上，Android框架提供了一套封装，可以实现对象代理（在本地进程中代理远程进程的对象）。本文简单分析一下Android Binder机制。

二、Binder情景分析

一个IPC通讯我们可以理解成客户端-服务器模式，因此我们先在这里分析一下典型的Binder应用模式：

1、客户端通过某种方式（后文会详细介绍）得到服务器端的代理对象。从客户端角度看来代理对象和他的本地对象没有什么差别。它可以像其他本地对象一样调用其方法，访问其变量。

2、客户端通过调用服务器代理对象的方法向服务器端发送请求。

3、代理对象把用户请求通过Android内核（Linux内核）的Binder驱动发送到服务器进程。

4、服务器进程处理用户请求，并通过Android内核（Linux内核）的Binder驱动返回处理结果给客户端的服务器代理对象。

5、客户端收到服务器端的返回结果。

如果你对COM或者Corba熟悉的话，以上的情景是否会让你联想到什么呢？没错！都是对象代理。以上的情景，在Android中经常会被用到。如果你还没有注意到这点儿，那么本文非常适合你。

三、Binder机制的组成

1、Binder驱动

binder是内核中的一个字符驱动设备位于：/dev/binder。这个设备是Android系统IPC的核心部分，客户端的服务代理用来通过它向服务器（server）发送请求，服务器也是通过它把处理结果返回给客户端的服务代理对象。我们只需要知道它的功能就可以了，本文我们的重点不在这里，所以后面不会专门介绍这部分。如果想深入了解的话，请研究内核源码中的binder.c。

2、Service Manager

负责管理服务。对应于第一步中，客户端需要向Service Manager来查询和获得所需要服务。服务器也需要向Service Manager注册自己提供的服务。可以看出Service Manager是服务的大管家。

3、服务（Server）

需要强调的是这里服务是指的是System Server，而不是SDK server，请参考《（转）高焕堂——Android框架底层结构知多少？》关于两种Server的介绍（其实应该是三种，丢掉了init调用的server，在init.rc中配置）。

4、客户端

一般是指Android系统上面的应用程序。它可以请求Server中的服务。

5、对象代理

是指在客户端应用程序中生成的Server代理（proxy）。从应用程序角度看代理对象和本地对象没有差别，都可以调用其方法，方法都是同步的，并且返回相应的结果。

四、大内总管——Service Manager

Android系统Binder机制的总管是Service Manager，所有的Server（System Server）都需要向他注册，应用程序需要向其查询相应的服务。可见其作用是多么的重要，所以本文首先介绍Service Manager。

通过上面介绍我们知道Service Manager非常重要，责任重大。那么怎样才能成为Service Manager呢？是不是谁都可以成为Service Manager呢？怎样处理server的注册和应用程序的查询和获取服务呢？为了回答这些问题先查看，Android中Service Manager的源码，其源码位于：

frameworks\base\cmds\servicemanager\service_manager.c

我们发现了main函数，说明他自己就是一个进程，在init.rc中我们发现：

service servicemanager /system/bin/servicemanageruser systemcriticalonrestart restart zygoteonrestart restart media

说明其是Android核心程序，开机就会自动运行。

下面我们在研究一下它的代码，main函数很简单：

int main(int argc, char **argv){    struct binder_state *bs;    void *svcmgr = BINDER_SERVICE_MANAGER;    bs = binder_open(128*1024);    if (binder_become_context_manager(bs)) {        LOGE("cannot become context manager (%s)\n", strerror(errno));        return -1;    }    svcmgr_handle = svcmgr;    binder_loop(bs, svcmgr_handler);    return 0;}

我们看到它先调用binder_open打开binder设备（/dev/binder），其次它调用了binder_become_context_manager函数，这个函数使他自己变为了“Server大总管”，其代码如下：

int binder_become_context_manager(struct binder_state *bs){    return ioctl(bs->fd, BINDER_SET_CONTEXT_MGR, 0);}

也就是通过ioctl向binder设备声明“我就是server大总管”。

Service Manager作为一个Server大总管，本身也是一个server。既然是一个server就要时刻准备为客户端提供服务。最后Service Manager调用binder_loop进入到循环状态，并提供了一个回调函数，等待用户的请求。注意他的Service Manager的客户端既包括应用程序（查询和获取服务），也包括Server（注册服务）。

Service Manager的客户怎样才能请求其服务呢？答案是上文我们提到的情景一样。客户需要在自己进程中创建一个服务器代理。现在没有地方去查询服务，那么它的客户怎样生成他的服务代理对象呢？答案是binder设备（/dev/binder）为每一个服务维护一个句柄，调用binder_become_context_manager函数变为“Server大总管”的服务，他的句柄永远是0，是一个“众所周知”的句柄，这样每个程序都可以通过binder机制在自己的进程空间中创建一个Service Manager代理对象了。其他的服务在binder设备在设备中的句柄是不定的，需要向“Server大总管”查询才能知道。

现在我们需要研究Server怎样注册服务了，还是在其源码中，我们可以看到在其服务处理函数中（上文提到binder_loop函数注册给binder设备的回调函数svcmgr_handler）有如下代码：

case SVC_MGR_ADD_SERVICE:        s = bio_get_string16(msg, &len);        ptr = bio_get_ref(msg);        if (do_add_service(bs, s, len, ptr, txn->sender_euid))            return -1;        break;

有server向binder设备写入请求注册Service时，Service Manager的服务处理回调函数将会被调用。我们在仔细看看do_add_service函数的实现：

int do_add_service(struct binder_state *bs,                   uint16_t *s, unsigned len,                   void *ptr, unsigned uid){    struct svcinfo *si;//    LOGI("add_service('%s',%p) uid=%d\n", str8(s), ptr, uid);    if (!ptr || (len == 0) || (len > 127))        return -1;    if (!svc_can_register(uid, s)) {        LOGE("add_service('%s',%p) uid=%d - PERMISSION DENIED\n",             str8(s), ptr, uid);        return -1;    }    si = find_svc(s, len);    if (si) {        if (si->ptr) {            LOGE("add_service('%s',%p) uid=%d - ALREADY REGISTERED\n",                 str8(s), ptr, uid);            return -1;        }        si->ptr = ptr;    } else {        si = malloc(sizeof(*si) + (len + 1) * sizeof(uint16_t));        if (!si) {            LOGE("add_service('%s',%p) uid=%d - OUT OF MEMORY\n",                 str8(s), ptr, uid);            return -1;        }        si->ptr = ptr;        si->len = len;        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;}

我们看到首先检查是否有权限注册service，没权限就对不起了，出错返回；然后检查是否已经注册过，注册过的service将不能再次注册。然后构造一个svcinfo对象，并加入一个全局链表中svclist中。最后通知binder设备：有一个service注册进来。si->ptr = ptr;这里的ptr应该就是注册的service的句柄。

我们再来看看客户端怎样通过Service Manager获得Service，还是在服务处理函数中（上文提到binder_loop函数注册给binder设备的回调函数）有如下代码：

 case SVC_MGR_GET_SERVICE:    case SVC_MGR_CHECK_SERVICE:        s = bio_get_string16(msg, &len);        ptr = do_find_service(bs, s, len);        if (!ptr)            break;        bio_put_ref(reply, ptr);        return 0;

我们可以看到通过do_find_service查找Service如果查找到的话，写入reply中返回给客户端。

do_find_service函数也在service_manager.c文件中，其源码如下：

void *do_find_service(struct binder_state *bs, uint16_t *s, unsigned len){    struct svcinfo *si;    si = find_svc(s, len);//    LOGI("check_service('%s') ptr = %p\n", str8(s), si ? si->ptr : 0);    if (si && si->ptr) {        return si->ptr;    } else {        return 0;    }}

do_find_service又调用了find_svc函数，其源码如下：

struct svcinfo *svclist = 0;struct svcinfo *find_svc(uint16_t *s16, unsigned len){    struct svcinfo *si;    for (si = svclist; si; si = si->next) {        if ((len == si->len) &&            !memcmp(s16, si->name, len * sizeof(uint16_t))) {            return si;        }    }    return 0;}

II. Android系统Binder机制之二（服务代理对象上篇）

上文《Android系统Binder机制之一（Service Manager篇）》我们学习了Service Manager在Android Binder中的作用——服务（Service）注册，服务（Service）查询的功能。本文我们一起学习服务（Service）在客户端中的代理机制。重点介绍其核心对象BpBinder。

一、服务代理的基本原理

如下是客户端请求service服务的场景：

1、首先客户端向Service manager查找相应的Service。关于此，上文《Android系统Binder机制之一（Service Manager篇）》已有比较详细的介绍。注意客户端和Service可能在两个不同的进程中。

2、Android系统将会为客户端进程中创建一个Service代理。关于此，下文将详细介绍。

3、客户端视角只有Service代理，他所有对Service的请求都发往Service代理，然后有Service代理把用户请求转发给Service本身。Service处理完成之后，把结果返回给Service代理，Service代理负责把处理结果返回给客户端。注意客户端对Service代理的调用都是同步调用（调用挂住，直到调用返回为止），这样客户端视角来看调用远端Service的服务和调用本地的函数没有任何区别。这也是Binder机制的一个特点。

二、Android进程环境——ProcessState类型和对象

在Android系统中任进程何，要想使用Binder机制，必须要创建一个ProcessState对象和IPCThreadState对象。当然如果Android进程不使用Binder机制，那么这两个对象是不用创建的。这种情况很少见，因为Binder机制是整个Android框架的基础，可以说影响到Android方方面面。所以说了解这两个对象的作用非常重要。

台湾的高焕堂先生一片文章《认识ProcessState类型和对象》，可以在我的博文《（转）高焕堂——Android框架底层结构知多少？》中找到。可以先通过这篇文章对ProcessState进行一个大概了解。

ProcessState是一个singleton类型，一个进程只能创建一个他的对象。他的作用是维护当前进程中所有Service代理（BpBinder对象）。一个客户端进程可能需要多个Service的服务，这样可能会创建多个Service代理（BpBinder对象），客户端进程中的ProcessState对象将会负责维护这些Service代理。

我们研究一下创建一个Service代理的代码：

frameworks\base\libs\binder\ProcessState.cpp中ProcessState::handle_entry* ProcessState::lookupHandleLocked(int32_t handle){    const size_t N=mHandleToObject.size();    if (N <= (size_t)handle) {        handle_entry e;        e.binder = NULL;        e.refs = NULL;        status_t err = mHandleToObject.insertAt(e, N, handle+1-N);        if (err < NO_ERROR) return NULL;    }    return &mHandleToObject.editItemAt(handle);}sp<IBinder> ProcessState::getStrongProxyForHandle(int32_t handle){    sp<IBinder> result;    AutoMutex _l(mLock);    handle_entry* e = lookupHandleLocked(handle);    if (e != NULL) {        // We need to create a new BpBinder if there isn't currently one, OR we        // are unable to acquire a weak reference on this current one.  See comment        // in getWeakProxyForHandle() for more info about this.        IBinder* b = e->binder;        if (b == NULL || !e->refs->attemptIncWeak(this)) {            b = new BpBinder(handle);             e->binder = b;            if (b) e->refs = b->getWeakRefs();            result = b;        } else {            // This little bit of nastyness is to allow us to add a primary            // reference to the remote proxy when this team doesn't have one            // but another team is sending the handle to us.            result.force_set(b);            e->refs->decWeak(this);        }    }    return result;}

getWeakProxyForHandle函数的作用是根据一个binder句柄（上文《Android系统的Binder机制之一——Service Manager》提到Binder驱动为每个Service维护一个Binder句柄，客户端可以通过句柄来和Service通讯）创建对应的Service代理对象。

当前进程首先调用lookupHandleLocked函数去查看当前进程维护的Service代理对象的列表，该待创建Service代理对象是否已经在当前进程中创建，如果已经创建过了，则直接返回其引用就可以了。否则将会在Service代理对象的列表增加相应的位置（注意系统为了减少分配开销，可能会多分配一些空间，策略是“以空间换时间”），保存将要创建的代理对象。具体代码请参考lookupHandleLocked的源码。

后面代码就好理解了，如果Service代理对象已经创建过了且当前弱引用数大于0（该值是通过attemptIncWeak返回），直接引用就行了。否则，则需要创建一个新的Service代理对象。

三、Android进程环境——IPCThreadState类型和对象

Android进程中可以创建一个ProcessState对象，该对象创建过程中会打开/dev/binder设备，并保存其句柄。并初始化该设备。代码如下：

static int open_driver(){    int fd = open("/dev/binder", O_RDWR);    if (fd >= 0) {        fcntl(fd, F_SETFD, FD_CLOEXEC);        int vers;        status_t result = ioctl(fd, BINDER_VERSION, &vers);        if (result == -1) {            LOGE("Binder ioctl to obtain version failed: %s", strerror(errno));            close(fd);            fd = -1;        }        if (result != 0 || vers != BINDER_CURRENT_PROTOCOL_VERSION) {            LOGE("Binder driver protocol does not match user space protocol!");            close(fd);            fd = -1;        }        size_t maxThreads = 15;        result = ioctl(fd, BINDER_SET_MAX_THREADS, &maxThreads);        if (result == -1) {            LOGE("Binder ioctl to set max threads failed: %s", strerror(errno));        }    } else {        LOGW("Opening '/dev/binder' failed: %s\n", strerror(errno));    }    return fd;}ProcessState::ProcessState()    : mDriverFD(open_driver())    , mVMStart(MAP_FAILED)    , mManagesContexts(false)    , mBinderContextCheckFunc(NULL)    , mBinderContextUserData(NULL)    , mThreadPoolStarted(false)    , mThreadPoolSeq(1){    if (mDriverFD >= 0) {        // XXX Ideally, there should be a specific define for whether we        // have mmap (or whether we could possibly have the kernel module        // availabla).#if !defined(HAVE_WIN32_IPC)        // mmap the binder, providing a chunk of virtual address space to receive transactions.        mVMStart = mmap(0, BINDER_VM_SIZE, PROT_READ, MAP_PRIVATE | MAP_NORESERVE, mDriverFD, 0);        if (mVMStart == MAP_FAILED) {            // *sigh*            LOGE("Using /dev/binder failed: unable to mmap transaction memory.\n");            close(mDriverFD);            mDriverFD = -1;        }#else        mDriverFD = -1;#endif    }    LOG_ALWAYS_FATAL_IF(mDriverFD < 0, "Binder driver could not be opened.  Terminating.");}

mDriverFD保存了/dev/binder设备的句柄，如果仔细查看ProcessState的源码会发现这个句柄不会被ProcessState对象使用。那么保存这个句柄做什么用呢？被谁使用呢？非常奇怪。经过查看ProcessState的头文件，发现如下代码：

 friend class IPCThreadState;

发现IPCThreadState是ProcessState的友元类，那么就可以怀疑这个句柄是被IPCThreadState的对象使用的，然后查看代码发现确实如此。

IPCThreadState也是一个singleton的类型，一个进程中也只能有一个这样的对象。它的源码也位于frameworks\base\libs\binder目录下。我们查看一下它的talkWithDriver函数：

if (ioctl(mProcess->mDriverFD, BINDER_WRITE_READ, &bwr) >= 0)            err = NO_ERROR;        else            err = -errno;

IPCThreadState通过ioctl系统调用对ProcessState打开的句柄进行读写。这样我们也可以看出IPCThreadState对象的作用：

1、维护当前进程中所有对/dev/binder的读写。换句话说当前进程通过binder机制进行跨进程调用都是通过IPCThreadState对象来完成的。

2、IPCThreadState也可以理解成/dev/binder设备的封装，用户可以不直接通过ioctl来操作binder设备，都通过IPCThreadState对象来代理即可。

不管是客户端进程和Service进程都是需要用IPCThreadState来和binder设备通讯的。

如果是客户端进程则通过服务代理BpBinder（IBinder的一个子类）对象的transact函数调用IPCThreadState的transact函数，该函数作用就是把客户端的请求写入binder设备另一端的Service进程，具体请参阅IPCThreadState类的transact方法。

如果是Service进程，当他完成初始化工作之后，他需要他们需要进入循环状态等待客户端的请求，Service进程调用它的IPCThreadState对象的joinThreadPool方法，开始轮询binder设备，等待客户端请求的到来，后面我们讨论Service时候会进一步讨论joinThreadPool方法。有兴趣的朋友可以先通过查看代码来了解joinThreadPool方法。

四、Service代理对象BpBinder

上文关于ProcessState的介绍提到了，客户端进程创建的Service代理对象其实就是BpBinder对象。BpBinde其实是IBinder的一个子类。我们首先了解怎样创建BpBinder对象。

BpBinder::BpBinder(int32_t handle)    : mHandle(handle)    , mAlive(1)    , mObitsSent(0)    , mObituaries(NULL){    LOGV("Creating BpBinder %p handle %d\n", this, mHandle);    extendObjectLifetime(OBJECT_LIFETIME_WEAK);    IPCThreadState::self()->incWeakHandle(handle);}

我们可以看出首先是通过IPCThreadState读写binder设备增加中相应binder句柄上的Service的引用计数。然后本地保存代理Service的binder句柄mHandle。

客户进程对Service的请求都通过调用BpBinder的transact方法来完成：

IBinder的transact函数源码如下

status_t BpBinder::transact(    uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags){    // Once a binder has died, it will never come back to life.    if (mAlive) {        status_t status = IPCThreadState::self()->transact(mHandle, code, data, reply, flags);        if (status == DEAD_OBJECT) mAlive = 0;        return status;    }    return DEAD_OBJECT;}

五、Android系统对Binder机制的抽象——IBinder

上面我们讲解了Binder机制比较底层的机制，这些机制直接用还是比较麻烦的，比如使用binder设备的ioctl，需要记住很多ioctl的代码。

Android为了是Binder机制容易使用，对Binder机制进行了抽象，定义了IBinder接口，该接口在C/C++和Java层都有定义。IBinder定义了一套使用Binder机制使用和实现客户程序和服务器的通讯协议。可以理解如下定义：

1、向Android注册的Service也必须是IBinder（继承扩展IBinder接口）对象。后续文章中我们讨论Service的时候我们会介绍到这方面的内容。

2、客户端得到Service代理对象也必须定义成IBinder（继承扩展IBinder接口）对象。这也是为什么BpBinder就是继承自IBinder。

3、客户端发送请求给服务器端，将Service代理对象IBinder接口的transact方法。

4、Android系统Binder机制将负责把用户的请求，调用Service对象IBinder接口的onTransact方法。具体实现我们将在以后介绍Service的时候讨论。

六、Service Manager代理对象

我们知道Service Manager是Android Binder机制的大管家。所有需要通过Binder通讯的进程都需要先获得Service Manager的代理对象才能进行Binder通讯。Service Manager即在C/C++层面提供服务代理，又在Java层面提供服务代理，本文先介绍一下C/C++层面的服务代理，Java层面的服务代理将在后续文章中介绍。

进程在C/C++层面上面，Android在Android命名空间中定义了一个全局的函数defaultServiceManager（定义在framework/base/libs/binder/IServiceManager.cpp），通过这个函数可以使进程在C/C++层面获得Service Manager的代理。我们先看一下该函数的定义：

sp<IServiceManager> defaultServiceManager(){    if (gDefaultServiceManager != NULL) return gDefaultServiceManager;    {        AutoMutex _l(gDefaultServiceManagerLock);        if (gDefaultServiceManager == NULL) {            gDefaultServiceManager = interface_cast<IServiceManager>(                ProcessState::self()->getContextObject(NULL));        }    }    return gDefaultServiceManager;}

我们可以看到defaultServiceManager是调用ProcessState对象的getContextObject方法获得Service Manager的getContextObject方法获得Service Manager代理对象。我们再看一下getContextObject函数的定义：

sp<IBinder> ProcessState::getContextObject(const sp<IBinder>& caller){    return getStrongProxyForHandle(0);}

我们可以看出其实是调用我们上面描述过的getStrongProxyForHandle方法，并以句柄0为参数来获得Service Manager的代理对象。

ProcessState::self()->getContextObject(NULL)返回一个IBinder对象，怎样把它转化成一个IServiceManager的对象呢？这就是模板函数interface_cast<IServiceManager>的作用了。调用的是IServiceManager.asInterface方法。IServiceManager的asInterface方法通过DECLARE_META_INTERFACE和IMPLEMENT_META_INTERFACE宏来定义，详细情况请查看IServiceManager类的定义。IMPLEMENT_META_INTERFACE宏关于asInterface的定义如下：

#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() { }                                   \

最终asInterface将会用一个IBinder对象创建一个BpServiceManager对象，并且BpServiceManager继承自IServiceManager，这样我们就把IBinder对象转换成了IServiceManager对象。如果你仔细查看BpServiceManager的定义，你会发现查询Service，增加Service等方法其实都是调用底层的IBinder对象来完成的。

当我们在C/C++层面编写程序使用Binder机制的时候将会调用defaultServiceManager函数来获得Service Manager，比如：很多Android系统Service都是在C/C++层面实现的，他们就需要向Service Manager注册其服务，那么这些服务将调用defaultServiceManager获得Service Manager代理对象。我们在后续介绍Android系统Service的时候将会详细介绍。

另注：IPCThreadState虽然也是Singleton模式(构造函数私有，通过IPCThreadState::self获取对象实例)，但是IPCThreadState可不是一个进程只有一个哦！

IPCThreadState对象是放到线程私有存储(Thread Local Storage)中的，一个进程可能有多个线程，因此IPCThreadState是每个线程都可能拥有一个。TLS通过全局的key获取。TLS相当于线程中的“线程全局”变量，线程中的函数是可以直接获取的(你不能在线程函数栈中new一个IPCThreadState对象，但你能获得该线程唯一的IPCThreadState对象)。

参考多线程编程模型，再看看IPCThreadState::self为什么那样实现，就知道我所言非虚。

III. Android系统Binder机制之三（服务代理对象下篇）

上文《Android系统的Binder机制之二——服务代理对象（1）》我们学习了进程的C/C++层面的服务代理对象BpBinder，和Binder底层处理方式。本文我们将深入分析一下在进程的Java层面服务代理对象的创建和使用。

一、Android进程的C/C++层面和Java层

Android中程序大部分都是java开发，底层通过JNI调用C/C++的代码。这样一个程序就分为了两个层面C/C++层面和Java层面。运行状态下，我们说它们都在一个进程之中，拥有相同的进程属性（UID，GID等等）。

Binder客户程序的C/C++层面的对象和原理我们在上文《Android系统的Binder机制之二——服务代理对象（1）》已经学习。下面我们将介绍客户程序怎样在Java层面通过JNI调用底层C/C++代码的创建服务代理。

ServiceManager类型和对象

我在《Android系统的Binder机制之一——Service Manager》中介绍过，客户端要想获得服务代理，首先要向ServiceManager查询Service。在Java层面也是这样，所以我们首先分析Java层面ServiceManager类。

我们通过查看android.os.ServiceManager的源码我们发现，ServiceManager类型也是一个Singleton类型。所有的方法都是静态方法，所有静态方法都是访问它的IServiceManager类型的静态变量sServiceManager，定义如下：

private static IServiceManager sServiceManager;

所以可以理解ServiceManager就是IServiceManager对象的一个代理。为创建和访问这个变量都是通过ServiceManager的getIServiceManager方法，定义如下：

    private static IServiceManager getIServiceManager() {        if (sServiceManager != null) {            return sServiceManager;        }        // Find the service manager        sServiceManager = ServiceManagerNative.asInterface(BinderInternal.getContextObject());        return sServiceManager;    }

通过上面的代码，非常清晰的告诉我们ServiceManager类型是一个Singleton类型。现在我们主要研究sServiceManager对象怎样创建的。如下代码创建IServiceManager对象：

sServiceManager = ServiceManagerNative.asInterface(BinderInternal.getContextObject());

我们首先查看BinderInternal类的getContextObject方法的代码，发现是Native代码（哈哈！有终于到达C/C++层面了，我们已经熟悉了），对应的代码为android_util_binder.cpp中的android_os_BinderInternal_getContextObject函数，代码如下：

static jobject android_os_BinderInternal_getContextObject(JNIEnv* env, jobject clazz){    sp<IBinder> b = ProcessState::self()->getContextObject(NULL);    return javaObjectForIBinder(env, b);}

终于看到我们上文《Android系统的Binder机制之二——服务代理对象（1）》介绍过的ProcessState对象了，我们再去查看ProcessState对象的getContextObject方法，代码如下：

C语言的sprintf函数跟printf在用法上几乎一样，只是两者打印的目的地不同而已，前者打印到字符串中，后者则直接在命令行上输出

sprintf是个变参函数，定义如下：

sp<IBinder> ProcessState::getContextObject(const sp<IBinder>& caller){    return getStrongProxyForHandle(0);}

我们看到在当前进程的ProcessState对象其实是调用getStrongProxyForHandle方法来创建binder句柄为0的服务代理对象——BpBinder对象，我们在《Android系统的Binder机制之一——Service Manager》提到过ServiceManager的binder句柄是一个闻名句柄0。上文《Android系统的Binder机制之二——服务代理对象（1）》已经介绍过ProcessState对象的getStrongProxyForHandle方法，这里就不多说了。

我们可以看出Java调用C/C++，创建一个服务代理对象BpBinder，在查看BpBinder的定义我们发现继承自IBinder接口，然后在android_util_binder.cpp中的方法android_os_BinderInternal_getContextObject中，把C/C++层面的IBinder对象封装成Java层面的IBinder对象。具体实现可以查看上文的android_os_BinderInternal_getContextObject方法。

至此我们已经清楚BinderInternal.getContextObject()，返回的是ServiceManager的服务代理对象——BpBinder对象。那么ServiceManagerNative类的静态方法asInterface做什么用呢？我们还是通过代码来分析，在ServiceManagerNative.java中，asInterface的代码如下：

static public IServiceManager asInterface(IBinder obj)    {        if (obj == null) {            return null;        }        IServiceManager in =            (IServiceManager)obj.queryLocalInterface(descriptor);        if (in != null) {            return in;        }                return new ServiceManagerProxy(obj);    }

将会用IBinder对象创建一个ServiceManagerProxy对象，ServiceManagerProxy类型实现了IServiceManager接口，所以asInterface方法最终目的是用一个IBinder对象创建一个IServiceManager对象。

为什么要用IBinder对象创建一个IServiceManager对象呢？通过ServiceManager的代理对象——IBinder对象（BpBinder对象）应该可以直接请求ServiceManager中的服务了啊？我们在前文《Android系统的Binder机制之二（服务代理对象上篇）》简单介绍了一下IBinder类型，客户端通过transact方法向Service发送请求，且请求通过请求代码来区分。具体请参考Android手册，也可以参照后面将介绍的ServiceManagerProxy的getService()方法。如果客户端直接用调用ServiceManager的代理对象的IBinder接口，那么客户端必须要记住所有请求的请求代码，对客户端来说不太友好。所以在ServiceManagerNative类中就把ServiceManager的代理对象——IBinder对象（BpBinder对象）封装成ServiceManagerProxy对象，暴露给客户程序一个IServiceManager接口，这样IServiceManager对象（其实是ServiceManagerProxy对象)将会代理客户程通过IBinder把请求发往服务器。客服程序只是简单的调用IServiceManager接口的方法来给ServiceManager发送请求，这样对客户程序来讲和本地的函数调用是一致的，接口非常友好。比如我们客户程序需要调用IServiceManager的getService方法来查询一个Service，ServiceManagerProxy实现代码如下：

class ServiceManagerProxy implements IServiceManager {    public ServiceManagerProxy(IBinder remote) {        mRemote = remote;    }    public IBinder asBinder() {        return mRemote;    }    public IBinder getService(String name) throws RemoteException {        Parcel data = Parcel.obtain();        Parcel reply = Parcel.obtain();        data.writeInterfaceToken(IServiceManager.descriptor);        data.writeString(name);        mRemote.transact(GET_SERVICE_TRANSACTION, data, reply, 0);        IBinder binder = reply.readStrongBinder();        reply.recycle();        data.recycle();        return binder;    }}

我们可以非常清晰的看到ServiceManagerProxy对象将客户程序的请求转换成对ServiceManager代理对象——IBinder对象（BpBinder对象）的调用。后文我们将会详细介绍怎样通过IServiceManager查询和获得一个系统Service代理对象。

到这里我们已经分析完了，ServiceManager的Singleton对象——sServiceManager的创建。如果有不清楚的地方请查看代码。

二、查询和获得Service代理对象

客户程序通过调用ServiceManagerNative的静态方法asInterface获得了IServiceManager对象，但是最终目的一般都是要查询和获得其他的Service，一般都是要调用IServiceManager的getService方法，向ServiceManager获得其他的Service。比如：

IBinder b = ServiceManager.getService(Context.NETWORKMANAGEMENT_SERVICE);

上面的代码中就是调用ServiceManager的静态方法获得网络管理服务代理对象。我们顺藤摸瓜，看看系统是怎样生成这个Service代理对象的。这里只是简单说明一下调用顺序，详细过程请查看源码。

1、调用ServiceManager.java中的ServiceManager静态方法getService。

2、调用ServiceManagerNative.java中的ServiceManagerProxy方法getService。代码如下：

public IBinder getService(String name) throws RemoteException {        Parcel data = Parcel.obtain();        Parcel reply = Parcel.obtain();        data.writeInterfaceToken(IServiceManager.descriptor);        data.writeString(name);        mRemote.transact(GET_SERVICE_TRANSACTION, data, reply, 0);        IBinder binder = reply.readStrongBinder();        reply.recycle();        data.recycle();        return binder;    }

请注意IBinder的transact方法是同步方法（本例中ServiceManager处理完成请求之后才会返回），我们可以看出调用transact之后，调用reply.readStrongBinder()来读取IBinder对象。

3、查看Parcel.java中的readStrongBinder方法，发现是Native方法，将会调用到C/C++的代码。

4、查看android_util_binder.cpp中的android_os_Parcel_readStrongBinder函数。代码如下：

static jobject android_os_Parcel_readStrongBinder(JNIEnv* env, jobject clazz){    Parcel* parcel = parcelForJavaObject(env, clazz);    if (parcel != NULL) {        return javaObjectForIBinder(env, parcel->readStrongBinder());    }    return NULL;}

parcel->readStrongBinder()将会产生一个IBinder对象。

5、查看Parcel.cpp中，Parcel的方法readStrongBinder。代码如下：

sp<IBinder> Parcel::readStrongBinder() const{    sp<IBinder> val;    unflatten_binder(ProcessState::self(), *this, &val);    return val;}

6、查看Parcel.cpp中，Parcel的方法unflatten_binder。代码如下：

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:                *out = static_cast<IBinder*>(flat->cookie);                return finish_unflatten_binder(NULL, *flat, in);            case BINDER_TYPE_HANDLE:                *out = proc->getStrongProxyForHandle(flat->handle);                return finish_unflatten_binder(static_cast<BpBinder*>(out->get()), *flat, in);        }            }    return BAD_TYPE;}

终于看到调用我们的老朋友ProcessState对象的getStrongProxyForHandle方法了，这样将会创建一个BpBinder对象，然后该BpBinder对象将会被转换成IBinder对象返回给Java层。

7、Java层为了用使用Service方便，可以把Service代理对象——BpBinder对象（IBinder对象）封装成一个对客户程序友好的代理对象，就如前面ServiceManagerProxy所示那样。

8、用户程序就可以通过该代理对象访问相应Service了。

通过所述，我们了解了Service代理对象在Java层的创建和使用。Android系统的Binder机制博大精深，我在本文中很多方面都是蜻蜓点水，如果想深入学习请参阅Android的源码。

参考资料：

IPC框架分析 Binder，Service，Service manager

IV. Android系统的Binder机制之四（系统Service篇）

前面我们已经介绍了Android Binder机制的Service Manager，Service对象代理（上），Service对象代理（下）。本文将介绍一下Android机制的另外一个重要部分——系统Service。

一、系统Service实例——Media server

首先我们先看一下Android一个实例Media Service，代码位于framework/base/media/mediaserver/main_mediaserver.cpp文件：

#include <sys/types.h>#include <unistd.h>#include <grp.h>#include <binder/IPCThreadState.h>#include <binder/ProcessState.h>#include <binder/IServiceManager.h>#include <utils/Log.h>#include <AudioFlinger.h>#include <CameraService.h>#include <MediaPlayerService.h>#include <AudioPolicyService.h>#include <private/android_filesystem_config.h>using namespace android;int main(int argc, char** argv){    sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());    sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();    LOGI("ServiceManager: %p", sm.get());    AudioFlinger::instantiate();    MediaPlayerService::instantiate();    CameraService::instantiate();    AudioPolicyService::instantiate();    ProcessState::self()->startThreadPool();    IPCThreadState::self()->joinThreadPool();}

我们发现Media Server是一个进程，并且该程序的实现表面上也挺简单，其实并不简单，让我们慢慢分析一下Media Server。

1、第一句创建创建一个ProcessState的引用，但是这个对象后面并没有被调用到，那么为什么创建呢？回想一下《

Android系统的Binder机制之二（服务代理对象上篇）》中介绍ProcessState对象时提到：如果一个进程要使用Binder机制，

那么他的进程中必须要创建一个ProcessState对象来负责管理Service的代理对象。

2、第二句调用defaultServiceManager获得一个Service Manager代理对象，

我在《Android系统的Binder机制之二（服务代理对象上篇）》已经对此有了详细的介绍这里就不赘述了。

3、后面几行都是创建具体的Service，我们展开之后发现都是一些调用Service Manager的addService进行注册的函数，以AudioFlinger为例，instantiate代码如下：

   void AudioFlinger::instantiate() {       defaultServiceManager()->addService(               String16("media.audio_flinger"), new AudioFlinger());   }

4、最后调用ProcessState的startThreadPool方法和IPCThreadState的joinThreadPool使Media Server进入等待请求的循环当中。

我们可以看出一个进程中可以有多个Service，Media Server这个进程中就存在AudioFlinger，MediaPlayerService，CameraService，AudioPolicyService四个Service。

二、系统Service的基础——BBinder

我们仔细查看一下Media Server中定义的四个Service我们将会发现他们都是继承自BBinder，而BBinder又继承自IBinder接口，详细情况请自行查看他们的代码。每个Service都改写了BBinder的onTransact虚函数，当用户发送请求到达Service时，框架将会调用Service的onTransact函数，后面我们将会详细的介绍这个机制。

三、Service注册

每个Service都需要向“大管家”Service Manager进行注册，调用Service Manager的addService方法注册。这样Service Manager将会运行客户端查询和获取该Service（代理对象），然后客户端就可以通过该Service的代理对象请求该Service的服务。

四、Service进入等待请求的循环

每个Service必须要进入死循环，等待客户端请求的到达，本例中最后两句就是使Service进行等待请求的循环之中。

ProcessState的startThreadPool方法的代码如下

void ProcessState::startThreadPool(){    AutoMutex _l(mLock);    if (!mThreadPoolStarted) {        mThreadPoolStarted = true;        spawnPooledThread(true);    }}void ProcessState::spawnPooledThread(bool isMain){    if (mThreadPoolStarted) {        int32_t s = android_atomic_add(1, &mThreadPoolSeq);        char buf[32];        sprintf(buf, "Binder Thread #%d", s);        LOGV("Spawning new pooled thread, name=%s\n", buf);        sp<Thread> t = new PoolThread(isMain);        t->run(buf);    }}IPCThreadState的joinThreadPool方法的代码如下：void IPCThreadState::joinThreadPool(bool isMain){    LOG_THREADPOOL("**** THREAD %p (PID %d) IS JOINING THE THREAD POOL\n", (void*)pthread_self(), getpid());    mOut.writeInt32(isMain ? BC_ENTER_LOOPER : BC_REGISTER_LOOPER);    // This thread may have been spawned by a thread that was in the background    // scheduling group, so first we will make sure it is in the default/foreground    // one to avoid performing an initial transaction in the background.    androidSetThreadSchedulingGroup(mMyThreadId, ANDROID_TGROUP_DEFAULT);    status_t result;    do {        int32_t cmd;        // When we've cleared the incoming command queue, process any pending derefs        if (mIn.dataPosition() >= mIn.dataSize()) {            size_t numPending = mPendingWeakDerefs.size();            if (numPending > 0) {                for (size_t i = 0; i < numPending; i++) {                    RefBase::weakref_type* refs = mPendingWeakDerefs[i];                    refs->decWeak(mProcess.get());                }                mPendingWeakDerefs.clear();            }            numPending = mPendingStrongDerefs.size();            if (numPending > 0) {                for (size_t i = 0; i < numPending; i++) {                    BBinder* obj = mPendingStrongDerefs[i];                    obj->decStrong(mProcess.get());                }                mPendingStrongDerefs.clear();            }        }        // now get the next command to be processed, waiting if necessary        result = talkWithDriver();        if (result >= NO_ERROR) {            size_t IN = mIn.dataAvail();            if (IN < sizeof(int32_t)) continue;            cmd = mIn.readInt32();            IF_LOG_COMMANDS() {                alog << "Processing top-level Command: "                    << getReturnString(cmd) << endl;            }            result = executeCommand(cmd);        }        // After executing the command, ensure that the thread is returned to the        // default cgroup before rejoining the pool.  The driver takes care of        // restoring the priority, but doesn't do anything with cgroups so we        // need to take care of that here in userspace.  Note that we do make        // sure to go in the foreground after executing a transaction, but        // there are other callbacks into user code that could have changed        // our group so we want to make absolutely sure it is put back.        androidSetThreadSchedulingGroup(mMyThreadId, ANDROID_TGROUP_DEFAULT);        // Let this thread exit the thread pool if it is no longer        // needed and it is not the main process thread.        if(result == TIMED_OUT && !isMain) {            break;        }    } while (result != -ECONNREFUSED && result != -EBADF);    LOG_THREADPOOL("**** THREAD %p (PID %d) IS LEAVING THE THREAD POOL err=%p\n",        (void*)pthread_self(), getpid(), (void*)result);        mOut.writeInt32(BC_EXIT_LOOPER);    talkWithDriver(false);}

Service在IPCThreadState的joinThreadPool方法中，调用talkWithDriver方法和Binder驱动进行交互，读取客户端的请求。当客户端请求到达之后调用executeCommand方法进行处理。

我们再看一下Service怎样处理客户端的请求？我们们查看一下executeCommand方法的源码：

status_t IPCThreadState::executeCommand(int32_t cmd)   {       BBinder* obj;       RefBase::weakref_type* refs;       status_t result = NO_ERROR;              switch (cmd) {           ......             case BR_TRANSACTION:           {               ......               if (tr.target.ptr) {                   sp<BBinder> b((BBinder*)tr.cookie);                   const status_t error = b->transact(tr.code, buffer, &reply, 0);                   if (error < NO_ERROR) reply.setError(error);                                  }                ......                       }           break;             ......       }           if (result != NO_ERROR) {           mLastError = result;       }              return result;   }

可以看到IPCThreadState将会直接调用BBinder的transact方法来处理客户端请求，我们再看一下BBinder的transact方法：

status_t BBinder::transact(uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags){    data.setDataPosition(0);    status_t err = NO_ERROR;    switch (code) {        case PING_TRANSACTION:            reply->writeInt32(pingBinder());            break;        default:            err = onTransact(code, data, reply, flags);            break;    }    if (reply != NULL) {        reply->setDataPosition(0);    }    return err;}

我们发现他将会叫用自己的虚函数onTransact。我们前面提到所有的Service都集成自BBinder，并且都改写了onTransact虚函数。那么IPCThreadState将会调用Service定义onTransact方法来响应客户请求。

五、结论

本文简单介绍了一下系统Service的原理，台湾的高焕堂先生有一篇文章，手把手教怎样实现一个系统Service，你可以在我的博文《（转）高焕堂——Android框架底层结构知多少？》中找到。

Alfred整理发布，本篇博文的著作权信息如下：

I. Android系统Binder机制之一（Service Manager篇）

二、Binder情景分析

三、Binder机制的组成

四、大内总管——Service Manager

frameworks\base\cmds\servicemanager\service_manager.c

II. Android系统Binder机制之二（服务代理对象上篇）

一、服务代理的基本原理

二、Android进程环境——ProcessState类型和对象

三、Android进程环境——IPCThreadState类型和对象

四、Service代理对象BpBinder

五、Android系统对Binder机制的抽象——IBinder

六、Service Manager代理对象

III. Android系统Binder机制之三（服务代理对象下篇）

上文《Android系统的Binder机制之二——服务代理对象（1）》我们学习了进程的C/C++层面的服务代理对象BpBinder，和Binder底层处理方式。本文我们将深入分析一下在进程的Java层面服务代理对象的创建和使用。

一、Android进程的C/C++层面和Java层

ServiceManager类型和对象

private static IServiceManager sServiceManager;

sServiceManager = ServiceManagerNative.asInterface(BinderInternal.getContextObject());

static public IServiceManager asInterface(IBinder obj) { if (obj == null) { return null; } IServiceManager in = (IServiceManager)obj.queryLocalInterface(descriptor); if (in != null) { return in; } return new ServiceManagerProxy(obj); }

将会用IBinder对象创建一个ServiceManagerProxy对象，ServiceManagerProxy类型实现了IServiceManager接口，所以asInterface方法最终目的是用一个IBinder对象创建一个IServiceManager对象。

二、查询和获得Service代理对象

请注意IBinder的transact方法是同步方法（本例中ServiceManager处理完成请求之后才会返回），我们可以看出调用transact之后，调用reply.readStrongBinder()来读取IBinder对象。

IV. Android系统的Binder机制之四（系统Service篇）

前面我们已经介绍了Android Binder机制的Service Manager，Service对象代理（上），Service对象代理（下）。本文将介绍一下Android机制的另外一个重要部分——系统Service。

一、系统Service实例——Media server

二、系统Service的基础——BBinder

三、Service注册

四、Service进入等待请求的循环

五、结论

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II. Android系统Binder机制之二（服务代理对象 上篇）

一、服务代理的基本原理

二、Android进程环境——ProcessState类型和对象

三、Android进程环境——IPCThreadState类型和对象

四、Service代理对象BpBinder

五、Android系统对Binder机制的抽象——IBinder

六、Service Manager代理对象

III. Android系统Binder机制之三（服务代理对象 下篇）

上文《Android系统的Binder机制之二——服务代理对象（1）》我们学习了进程的C/C++层面的服务代理对象BpBinder，和Binder底层处理方式。本文我们将深入分析一下在进程的Java层面服务代理对象的创建和使用。

一、Android进程的C/C++层面和Java层

ServiceManager类型和对象

private static IServiceManager sServiceManager;

sServiceManager = ServiceManagerNative.asInterface(BinderInternal.getContextObject());

static public IServiceManager asInterface(IBinder obj) { if (obj == null) { return null; } IServiceManager in = (IServiceManager)obj.queryLocalInterface(descriptor); if (in != null) { return in; } return new ServiceManagerProxy(obj); }

将会用IBinder对象创建一个ServiceManagerProxy对象，ServiceManagerProxy类型实现了IServiceManager接口，所以asInterface方法最终目的是用一个IBinder对象创建一个IServiceManager对象。

二、查询和获得Service代理对象

请注意IBinder的transact方法是同步方法（本例中ServiceManager处理完成请求之后才会返回），我们可以看出调用transact之后，调用reply.readStrongBinder()来读取IBinder对象。

IV. Android系统的Binder机制之四（系统Service篇）

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