Android的IPC机制Binder的各个部分
来源:互联网 发布:软件冒烟测试 用例 编辑:程序博客网 时间:2024/06/08 00:54
1. Binder的组成
1.1. 驱动程序部分
驱动程序的部分在以下的文件夹中:
1
kernel/include/linux/binder.h
2
kernel/drivers/android/binder.c
binder驱动程序是一个miscdevice,主设备号为10,此设备号使用动态获得(MISC_DYNAMIC_MINOR),其设备的节点为:
1
/dev/binder/dev/binder
binder驱动程序会在proc文件系统中建立自己的信息,其文件夹为/proc/binde,其中包含如下内容:
- proc目录:调用Binder各个进程的内容
- state文件:使用函数binder_read_proc_state
- stats文件:使用函数binder_read_proc_stats
- transactions文件:使用函数binder_read_proc_transactions
- transaction_log文件:使用函数binder_read_proc_transaction_log,其参数为binder_transaction_log (类型为struct binder_transaction_log)
- failed_transaction_log文件:使用函数binder_read_proc_transaction_log 其参数为
- binder_transaction_log_failed (类型为struct binder_transaction_log)
在binder文件被打开后,其私有数据(private_data)的类型:
1
struct
binder_proc
在这个数据结构中,主要包含了当前进程、进程ID、内存映射信息、Binder的统计信息和线程信息等。
在用户空间对Binder驱动程序进行控制主要使用的接口是mmap、poll和ioctl,ioctl主要使用的ID为:
1
#define BINDER_WRITE_READ _IOWR('b', 1, struct binder_write_read)
2
#define BINDER_SET_IDLE_TIMEOUT _IOW('b', 3, int64_t)
3
#define BINDER_SET_MAX_THREADS _IOW('b', 5, size_t)
4
#define BINDER_SET_IDLE_PRIORITY _IOW('b', 6, int)
5
#define BINDER_SET_CONTEXT_MGR _IOW('b', 7, int)
6
#define BINDER_THREAD_EXIT _IOW('b', 8, int)
7
#define BINDER_VERSION _IOWR('b', 9, struct binder_version)
BR_XXX等宏为BinderDriverReturnProtocol,表示Binder驱动返回协议。
BC_XXX等宏为BinderDriverCommandProtocol,表示Binder驱动命令协议。
binder_thread是Binder驱动程序中使用的另外一个重要的数据结构,数据结构的定义如下所示:
01
struct
binder_thread {
02
struct
binder_proc *proc;
03
struct
rb_node rb_node;
04
int
pid;
05
int
looper;
06
struct
binder_transaction *transaction_stack;
07
struct
list_head todo;
08
uint32_t return_error;
09
uint32_t return_error2;
10
wait_queue_head_t wait;
11
struct
binder_stats stats;
12
};
binder_thread 的各个成员信息是从rb_node中得出。
BINDER_WRITE_READ是最重要的ioctl,它使用一个数据结构binder_write_read定义读写的数据。
1
struct
binder_write_read {
2
signed
long
write_size;
3
signed
long
write_consumed;
4
unsigned
long
write_buffer;
5
signed
long
read_size;
6
signed
long
read_consumed;
7
unsigned
long
read_buffer;
8
};
1.2. ServiceManager部分
servicemanager是一个守护进程,用于这个进程的和/dev/binder通讯,从而达到管理系统中各个服务的作用。
可执行程序的路径:
1
/system/bin/servicemanager
开源版本文件的路径:
1
frameworks/base/cmds/servicemanager/binder.h
2
frameworks/base/cmds/servicemanager/binder.c
3
frameworks/base/cmds/servicemanager/service_manager.c
程序执行的流程:
open():打开binder驱动
mmap():映射一个128*1024字节的内存
ioctl(BINDER_SET_CONTEXT_MGR):设置上下文为mgr
进入主循环binder_loop()
ioctl(BINDER_WRITE_READ),读取
binder_parse()进入binder处理过程循环处理
binder_parse()的处理,调用返回值
当处理BR_TRANSACTION的时候,调用svcmgr_handler()处理增加服务、检查服务等工作。各种服务存放在一个链表(svclist)中。其中调用binder_等开头的函数,又会调用ioctl的各种命令。
处理BR_REPLY的时候,填充binder_io类型的数据接收。
1.3. Binder的库的部分
binder相关的文件作为Android的uitls库的一部分,这个库编译后的名称为libutils.so,是Android系统中的一个公共库。
主要文件的路径如下所示:
1
frameworks/base/include/utils/*
2
frameworks/base/libs/utils/*
主要的类为:
- RefBase.h :引用计数,定义类RefBase。
- Parcel.h :为在IPC中传输的数据定义容器,定义类Parcel
- IBinder.h:Binder对象的抽象接口, 定义类IBinder
- Binder.h:Binder对象的基本功能, 定义类Binder和BpRefBase
- BpBinder.h:BpBinder的功能,定义类BpBinder
- IInterface.h:为抽象经过Binder的接口定义通用类,定义类IInterface,类模板BnInterface,类模板BpInterface
- ProcessState.h:表示进程状态的类,定义类ProcessState
- IPCThreadState.h:表示IPC线程的状态,定义类IPCThreadState
各个类之间的关系如下所示:
在IInterface.h中定义的BnInterface和BpInterface是两个重要的模版,这是为各种程序中使用的。
BnInterface模版的定义如下所示:
01
template
<
typename
INTERFACE>
02
class
BnInterface :
public
INTERFACE,
public
BBinder
03
{
04
public
:
05
virtual
sp<IInterface> queryLocalInterface(
const
String16& _descriptor);
06
virtual
const
String16& getInterfaceDescriptor()
const
;
07
08
protected
:
09
virtual
IBinder* onAsBinder();
10
};
BnInterface模版的定义如下所示:
1
template
<
typename
INTERFACE>
2
class
BpInterface :
public
INTERFACE,
public
BpRefBase
3
{
4
public
:
5
BpInterface(
const
sp<IBinder>& remote);
6
7
protected
:
8
virtual
IBinder* onAsBinder();
9
};
这两个模版在使用的时候,起到得作用实际上都是双继承:使用者定义一个接口INTERFACE,然后使用BnInterface和BpInterface两个模版结合自己的接口,构建自己的BnXXX和BpXXX两个类。
DECLARE_META_INTERFACE和IMPLEMENT_META_INTERFACE两个宏用于帮助BpXXX类的实现:
01
#define DECLARE_META_INTERFACE(INTERFACE) /
02
static
const
android::String16 descriptor; /
03
static
android::sp<I##INTERFACE> asInterface( /
04
const
android::sp<android::IBinder>& obj); /
05
virtual
const
android::String16& getInterfaceDescriptor()
const
; /
06
I##INTERFACE(); /
07
virtual
~I##INTERFACE(); /
08
09
10
#define IMPLEMENT_META_INTERFACE(INTERFACE, NAME) /
11
const
android::String16 I##INTERFACE::descriptor(NAME); /
12
const
android::String16& /
13
I##INTERFACE::getInterfaceDescriptor()
const
{ /
14
return
I##INTERFACE::descriptor; /
15
} /
16
android::sp<I##INTERFACE> I##INTERFACE::asInterface( /
17
const
android::sp<android::IBinder>& obj) /
18
{ /
19
android::sp<I##INTERFACE> intr; /
20
if
(obj != NULL) { /
21
intr =
static_cast
<I##INTERFACE*>( /
22
obj->queryLocalInterface( /
23
I##INTERFACE::descriptor).get()); /
24
if
(intr == NULL) { /
25
intr =
new
Bp##INTERFACE(obj); /
26
} /
27
} /
28
return
intr; /
29
} /
30
I##INTERFACE::I##INTERFACE() { } /
31
I##INTERFACE::~I##INTERFACE() { } /
32
33
34
#define CHECK_INTERFACE(interface, data, reply) /
35
if
(!data.checkInterface(
this
)) {
return
PERMISSION_DENIED; } /
在定义自己的类的时候,只需要使用DECLARE_META_INTERFACE和IMPLEMENT_META_INTERFACE两个接口,并
结合类的名称,就可以实现BpInterface中的asInterface()和getInterfaceDescriptor()两个函数。
2. Binder的运作
2.1. Binder的工作机制
Service Manager是一个守护进程,它负责启动各个进程之间的服务,对于相关的两个需要通讯的进程,它们通过调用libutil.so库实现通讯,而真正通讯的机制,是内核空间中的一块共享内存。
2.2. 从应用程序的角度看Binder
从应用程序的角度看Binder一共有三个方面:
- Native 本地:例如BnABC,这是一个需要被继承和实现的类。
- Proxy 代理:例如BpABC,这是一个在接口框架中被实现,但是在接口中没有体现的类。
- 客户端:例如客户端得到一个接口ABC,在调用的时候实际上被调用的是BpABC
1. 本地功能(Bn)部分做的:
- 实现BnABC:: BnTransact()
- 注册服务:IServiceManager::AddService
2. 代理部分(Bp)做的:
- 实现几个功能函数,调用BpABC::remote()->transact()
3. 客户端做的:
- 获得ABC接口,然后调用接口(实际上调用了BpABC,继而通过IPC调用了BnABC,然后调用了具体的功能)
在程序的实现过程中BnABC和BpABC是双继承了接口ABC。一般来说BpABC是一个实现类,这个实现类不需要在接口中体现,它实际上负责的只是通讯功能,不执行具体的功能;BnABC则是一个接口类,需要一个真正工作的类来继承、实现它,这个类才是真正执行具体功能的类。
在客户端中,从ISeriviceManager中获得一个ABC的接口,客户端调用这个接口,实际上是在调用BpABC,而BpABC又通过Binder的IPC机制和BnABC通讯,BnABC的实现类在后面执行。
事实上,服务器的具体实现和客户端是两个不同的进程,如果不考虑进程间通讯的过程,从调用者的角度,似乎客户端在直接调用另外一个进程间的函数——当然这个函数必须是接口ABC中定义的。
2.3. ISericeManager的作用
ISericeManager涉及的两个文件是ISericeManager.h和ISericeManager.cpp。这两个文件基本上是ISericeManager。ISericeManager是系统最先被启动的服务。非常值得注意的是:ISericeManager本地功能并没有使现,它实际上由ServiceManager守护进程执行,而用户程序通过调用BpServiceManager来获得其他的服务。
在ISericeManager.h中定义了一个接口,用于得到默认的ISericeManager:
1
sp defaultServiceManager();
这时得到的ISericeManager实际上是一个全局的ISericeManager。
3. 程序中Binder的具体实现
3.1. 一个利用接口的具体实现
PermissionController也是libutils中定义的一个有关权限控制的接口,它一共包含两个文件:IPermissionController.h和IPermissionController.cpp这个结构在所有类的实现中都是类似的。
头文件IPermissionController.h的主要内容是定义IPermissionController接口和类BnPermissionController:
01
class
IPermissionController :
public
IInterface
02
{
03
public
:
04
DECLARE_META_INTERFACE(PermissionController);
05
06
virtual
bool
checkPermission(
const
String16& permission,
07
int32_t pid, int32_t uid) = 0;
08
09
enum
{
10
CHECK_PERMISSION_TRANSACTION = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION
11
};
12
};
13
14
class
BnPermissionController :
public
BnInterface<IPermissionController>
15
{
16
public
:
17
virtual
status_t onTransact( uint32_t code,
18
const
Parcel& data,
19
Parcel* reply,
20
uint32_t flags = 0);
21
};
IPermissionController是一个接口类,只有checkPermission()一个纯虚函数。
BnPermissionController继承了以BnPermissionController实例化模版类BnInterface。因
此,BnPermissionController,事实上BnPermissionController双继承了BBinder和
IPermissionController。
实现文件IPermissionController.cpp中,首先实现了一个BpPermissionController。
01
class
BpPermissionController :
public
BpInterface<IPermissionController>
02
{
03
public
:
04
BpPermissionController(
const
sp<IBinder>& impl)
05
: BpInterface<IPermissionController>(impl)
06
{
07
}
08
09
virtual
bool
checkPermission(
const
String16& permission, int32_t pid, int32_t uid)
10
{
11
Parcel data, reply;
12
data.writeInterfaceToken(IPermissionController::getInterfaceDescriptor());
13
data.writeString16(permission);
14
data.writeInt32(pid);
15
data.writeInt32(uid);
16
remote()->transact(CHECK_PERMISSION_TRANSACTION, data, &reply);
17
// fail on exception
18
if
(reply.readInt32() != 0)
return
0;
19
return
reply.readInt32() != 0;
20
}
21
};
22
23
IMPLEMENT_META_INTERFACE(PermissionController,
"android.os.IPermissionController"
);
BpPermissionController继承了BpInterface,它本身是一个已经实现的类,而且并没有在接口中体现。这个类按照格式写就可以,在实现checkPermission()函数的过程中,使用Parcel作为传输数据的容器,传输中时候transact()函数,其参数需要包含枚举值CHECK_PERMISSION_TRANSACTION。
IMPLEMENT_META_INTERFACE用于扶助生成。
BnPermissionController中实现的onTransact()函数如下所示:
01
status_t BnPermissionController::onTransact(
02
uint32_t code,
const
Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)
03
{
04
//printf("PermissionController received: "); data.print();
05
switch
(code) {
06
case
CHECK_PERMISSION_TRANSACTION: {
07
CHECK_INTERFACE(IPermissionController, data, reply);
08
String16 permission = data.readString16();
09
int32_t pid = data.readInt32();
10
int32_t uid = data.readInt32();
11
bool
res = checkPermission(permission, pid, uid);
12
// write exception
13
reply->writeInt32(0);
14
reply->writeInt32(res ? 1 : 0);
15
return
NO_ERROR;
16
}
break
;
17
default
:
18
return
BBinder::onTransact(code, data, reply, flags);
19
}
20
}
在onTransact()函数中根据枚举值判断数据使用的方式。注意,由于BnPermissionController也是继承了类IPermissionController,但是纯虚函数checkPermission()依然没有实现。因此这个BnPermissionController类并不能实例化,它其实也还是一个接口,需要一个实现类来继承它,那才是实现具体功能的类。
3.2. BnABC的实现
本地服务启动后将形成一个守护进程,具体的本地服务是由一个实现类继承BnABC来实现的,这个服务的名称通常叫做ABC。
在其中,通常包含了一个instantiate()函数,这个函数一般按照如下的方式实现:
1
void
ABC::instantiate() {
2
defaultServiceManager()->addService(
3
String16(
"XXX.ABC"
),
new
ABC ());
4
}
按照这种方式,通过调用defaultServiceManager()函数,将增加一个名为"XXX.ABC"的服务。
在这个defaultServiceManager()函数中调用了:
1
ProcessState::self()->getContextObject(NULL));
2
IPCThreadState* ipc = IPCThreadState::self();
3
IPCThreadState::talkWithDriver()
在ProcessState 类建立的过程中调用open_driver()打开驱动程序,在talkWithDriver()的执行过程中。
3.3. BpABC调用的实现
BpABC调用的过程主要通过mRemote()->transact() 来传输数据,mRemote()是BpRefBase的成员,它是一个IBinder。这个调用过程如下所示:
1
mRemote()->transact()
2
Process::self()
3
IPCThreadState::self()->transact()
4
writeTransactionData()
5
waitForResponse()
6
talkWithDriver()
7
ioctl(fd, BINDER_WRITE_READ, &bwr)
在IPCThreadState::executeCommand()函数中,实现传输操作。
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