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Android Binder Android 图文详解Binder进程通信底层原理

帅次 人气:1
想了解Android 图文详解Binder进程通信底层原理的相关内容吗,帅次在本文为您仔细讲解Android Binder的相关知识和一些Code实例,欢迎阅读和指正,我们先划重点:Android,Binder,Android,进程通信,下面大家一起来学习吧。

之前了解到进程与多进程,涉及多进程不可避免的遇到了进程间通信,说到进程间通信,Binder 成了一道绕不过的坎。接下来咱们逐一了解。

🔥 什么是进程间通信

进程间通信(IPC,Inner Process Comunication),就是指不同进程之间的信息传递。

进程是系统进行资源分配和调度的基本单位,是操作系统的结构的基础;一个应用至少有一个进程,一个进程中有包含了多个线程(线程是CPU调度的最小单位),进程相当于是线程的ViewGroup,线程相当于操作系统分配个进程的View。

🔥 什么是 Binder

Binder 是 Android 系统中进程间通信机制(IPC)的一种方式,它是这些进程间通讯的桥梁。正如其名"粘合剂"一样,它把系统中各个组件粘合到了一起,是各个组件的桥梁。

应用层:是一个能发起通信的Java类。

机制:是一种进程间通信机制。

驱动:是一个虚拟物理设备驱动;

如startActivity的简图:

这里就用到了 Binder 通信,你会发现这里还有 Socker 通信,那我为什么要用 Binder 而不用 Socket。

🔥 Android 中 IPC 的方式

名称 特点 使用场景
Bundle 只能传输实现了序列化或者一些Android支持的特殊对象 适合用于四大组件之间的进程交互
文件 不能做到进程间的即时通信,并且不适合用于高并发的场景 适合用于SharedPreference以及IO操作
ContentProvider 可以访问较多的数据,支持一对多的高并发访问,因为ContentProvider已经自动做好了关于并发的机制 适合用于一对多的数据共享并且需要对数据进行频繁的CRUD操作
Socket 通过网络传输字节流,支持一对多的实时通信,但是实现起来比较复杂 适合用于网络数据共享
Messenger 底层原理是AIDL,只是对其做了封装,但是不能很好的处理高并发的场景,并且传输的数据只能支持Bundle类型 多进程、单线程且线程安全
AIDL 功能强大,使用Binder机制,支持一对多的高并发实时通信,但是需要处理好线程同步 一对多并且有远程进程通信的场景

🔥 Binder 优势

出发点 Binder 共享内存 Socket
性能 拷贝一次 无需拷贝 拷贝两次
特点 基于C/S架构,易用性高 控制复杂,易用性差 基于C/S架构,通用接口,传输效率低、开销大
安全 每个APP分配UID,同时支持实名和匿名 依赖上层协议,访问接入点是开放的不安全 依赖上层协议,访问接入点是开放的不安全

通过以上对比,Android 最终选择了自建一套兼顾好用、高效、安全的 Binder。

可以让自己的服务前往 ServiceManager 注册,注册后实名。

🔥 Linux 传统的 IPC 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。因此,在介绍 Binder 跨进程通信原理之前,我们先聊聊 Linux 系统下传统的进程间通信是如何实现。

💥 基本概念

由上图看出:

🌀 进程隔离

操作系统中,进程与进程间内存是不共享的。SCC 进程无法直接访问 Service 进程的数据。SCC 进程和 Service 进程之间要进行数据交互就得采用进程间通信(IPC)。

🌀 进程空间划分

现在操作系统都是采用的虚拟存储器。操作系统的核心是内核,独立于普通的应用程序,可以访问受保护的内存空间,也可以访问底层硬件设备的权限。为了保护用户进程不能直接操作内核,保证内核的安全,操作系统从逻辑上将虚拟空间划分为用户空间(User Space)和内核空间(Kernel Space)。

所有内核空间(虚拟地址)都映射在同一块物理内存,这样就实现了内存共享(所有进程可通过IPC访问)。

为了保证安全性,它们之间是隔离的。即使用户程序蹦了,内核也不受影响。

🌀 系统调用

进程内 用户空间 & 内核空间 进行交互 需通过系统调用,主要通过函数:

用户态:当进程在执行用户自己的代码的时候,我们称其处于用户运行态(用户态);

内核态:当一个进程执行系统调用而陷入内核代码中执行时,称进程处于内核运行态(内核态)。

系统调用是用户空间访问内核空间的唯一方式。

💥 传统 IPC 通信原理

如图,这就是 Sokcet的拷贝两次。

当然目前 Linux 已经引入 Binder 通信机制。

🔥 Binder IPC原理

上面整了一堆 Linux 下的 IPC 相关概念及原理,接下来我们正式介绍下 Binder IPC 的原理。

💥 Binder 采用分层架构设计

💥 Binder 驱动

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)。

💥 Binder IPC 内存映射

Binder IPC 正是基于内存映射(mmap)来实现的,一次完整的 Binder IPC 通信过程通常是这样:

1、Binder 驱动在内核空间创建一个数据接收缓存区;

2、在内核空间开辟一块内核缓存区,

3、发送数据完成了一次进程间的通信。

内存映射能减少数据拷贝次数,实现用户空间和内核空间的高效互动。两个空间各自的修改能直接反映在映射的内存区域,从而被对方空间及时感知。也正因为如此,内存映射能够提供对进程间通信的支持。

Binder传值限制:

sysconf(_SC_PAGE_SIZE):这个函数用来获取系统执行的配置信息。例如页大小、最大页数、cpu个数、打开句柄的最大个数等等。

这个值表示你Binder最多传这么多,超出就失败。

💥 Android Binder 原理图

🌀 Bind 原理图

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。

此处的ServiceManager是指Native层的ServiceManager(C++),并非指framework层的ServiceManager(Java) 原因:

所以,原理图可表示为以下:

🌀 Bind 原理图交互

Client、Server、ServiceManager属于进程空间的用户空间,不可进行进程间交互(下图虚线表示)。

所以他们都通过与 Binder 驱动 进行交互的,从而实现IPC通信方式。

所以,原理图可表示为以下:

🌀 Bind 原理图交互路线

到这里 Binder 原理算是搞定了。不知道你懂了多少,有疑问可以联系我,我们一起探讨。下一篇咱们一起学习 Binder 在 Android 中的具体实现。

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