Android通信方式篇（四）-Binder机制（开篇）

无Binder不Android，Android开发尤其是做framework的应该都有深刻体会，这个专题迟早是要做的，那么话不多说开始吧。

一、什么是Binder

简单地说，Binder是Android平台上的一种跨进程交互技术。该技术最早并不是由Google公司提出的，它的前身是Be Inc公司开发的OpenBinder，而且在Palm中也有应用。后来OpenBinder的作者Dianne Hackborn加入了Google公司，并负责Android平台的开发工作，所以把这项技术也带进了Android。

我们知道，在Android的应用层次上，基本上已经没有过去的进程概念了。然而在实现层次，它毕竟还是要建构在进程之上的。实际上，在 Android内部，那些支撑应用的组件往往会身处于不同的进程，那么应用的底层必然会牵涉大量的跨进程通信。因此Android提供了Binder作为IPC方案。

二、Android为什么要使用Binder作为IPC方案

我们都知道，Linux进程通信方案有很多，那么Android为什么要使用Binder作为IPC方案？

先简单概括性地说说Linux现有的所有进程间IPC方式：

方式	说明
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，共享缓冲区直接付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，主要用于不通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。
信号	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；

然后我们从以下几方面来做个对比：

性能角度（数据拷贝次数）：共享内存（0）< Binder（1）< 管道/消息队列/Socket（2）
稳定性角度：Binder是基于C/S架构的，结构清晰，两端相对独立。而共享内存实现方式复杂，没有客户与服务端之别，需要充分考虑到访问临界资源的并发同步问题，否则可能会出现死锁等问题；从这稳定性角度看，Binder架构优越于共享内存。
安全性角度：传统Linux IPC无任何保护措施，完全由上层协议来确保，另外无法鉴别对方进程身份。 Binder机制对于通信双方的身份是内核进行校检支持的，可以获得对方进程可靠的UID/PID，做安全访问控制。

所以总结Binder的特点：
基于C/S架构，两端相对独立，稳定性好；为发送方添加UID/PID进行身份核验，安全性好；仅需1次数据拷贝，效率较高。

三、Binder数据共享原理

每个Android的进程，只能运行在自己进程所拥有的虚拟地址空间。对应32位系统4GB的虚拟地址空间，其中3GB是用户空间，1GB是内核空间，当然内核空间的大小是可以通过参数配置调整的。对于用户空间，不同进程之间彼此是不能共享的，而内核空间却是可共享的。Client进程向Server进程通信，恰恰是利用进程间可共享的内核内存空间来完成底层通信工作的，Client端与Server端进程往往采用ioctl等方法跟内核空间的驱动进行交互。

from gityuan

内核态/用户态：
当一个任务（进程）执行系统调用而陷入内核代码中执行时，我们就称进程处于内核运行态（或简称为内核态）此时处理器处于特权级最高的（0级）内核代码中执行。当进程在执行用户自己的代码时，则称其处于用户运行态（用户态）。即此时处理器在特权级最低的（3级）用户代码中运行。处理器在特权等级高的时候才能执行那些特权CPU指令。

四、Binder架构

4.1 分层设计：

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Java应用层: 对于上层应用通过调用AMP.startService, 完全可以不用关心底层,经过层层调用,最终必然会调用到AMS.startService.
Framework层: Binder通信是采用C/S架构, Android系统的基础架构便已设计好Binder在Java framework层的Binder客户类BinderProxy和服务类Binder;
Native 层: 对于Native层,如果需要直接使用Binder(比如media相关), 则可以直接使用BpBinder和BBinder(当然这里还有JavaBBinder)即可, 对于上一层Java IPC的通信也是基于这个层面.
Kernel层: 这里是Binder Driver, 前面3层都跑在用户空间,对于用户空间的内存资源是不共享的,每个Android的进程只能运行在自己进程所拥有的虚拟地址空间, 而内核空间却是可共享的. 真正通信的核心环节还是在Binder Driver.

4.2 C/S架构设计：

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Binder通信采用C/S架构，从组件视角来说，包含Client、Server、ServiceManager以及binder驱动，其中ServiceManager用于管理系统中的各种服务。无论是注册服务和获取服务的过程都需要ServiceManager，它也是整个Binder通信机制的大管家。

另外，图中的Client,Server,Service Manager之间交互都是虚线表示，是由于它们彼此之间不是直接交互的，而是都通过与Binder驱动进行交互的，从而实现IPC通信方式。其中Binder驱动位于内核空间，Client,Server,Service Manager位于用户空间。Binder驱动和Service Manager可以看做是Android平台的基础架构，而Client和Server是Android的应用层，开发人员只需自定义实现client、Server端，借助Android的基本平台架构便可以直接进行IPC通信。

那么接下来会分多篇文章，来对Binder进行一个相对全面的学习。当然也会参考许多大神的文章。

参考：

https://www.zhihu.com/question/39440766/answer/81511893
http://gityuan.com/2015/10/31/binder-prepare/

一、什么是Binder

二、Android为什么要使用Binder作为IPC方案

三、Binder数据共享原理

四、Binder架构

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