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东东的博客

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日志

 
 

Android的IPC机制Binder的各个部分  

2010-05-28 10:36:46|  分类: android相关 |  标签: |举报 |字号 订阅

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第一部分 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:
kernel/include/linux/binder.h
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:

/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:

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:
#define BINDER_WRITE_READ        _IOWR('b', 1, struct binder_write_read)
#define BINDER_SET_IDLE_TIMEOUT  _IOW('b', 3, int64_t)
#define BINDER_SET_MAX_THREADS   _IOW('b', 5, size_t)
#define BINDER_SET_IDLE_PRIORITY _IOW('b', 6, int)
#define BINDER_SET_CONTEXT_MGR   _IOW('b', 7, int)
#define BINDER_THREAD_EXIT       _IOW('b', 8, int)
#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:
struct binder_thread {
      struct binder_proc *proc;
     struct rb_node rb_node;
     int pid;
     int looper;
     struct binder_transaction *transaction_stack;
     struct list_head todo;
     uint32_t return_error;
     uint32_t return_error2;
     wait_queue_head_t wait;
     struct binder_stats stats;
};

    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。
struct binder_write_read {
     signed long write_size;
     signed long write_consumed;
     unsigned long write_buffer;
     signed long read_size;
     signed long read_consumed;
     unsigned long read_buffer;
};

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:
        /system/bin/servicemanager        
开源版本文件的路径:
frameworks/base/cmds/servicemanager/binder.h
frameworks/base/cmds/servicemanager/binder.c
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类型的数据结

1.3 binder的库的部分
    binder相关的文件作为Androiduitls库的一部分这个库编译后的名称为libutils.soAndroid系统中的一个公共库。
    主要文件的路径如下所示:
frameworks/base/include/utils/*
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BinderBpRefBase
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:

绘图2.png

    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:
template<typename INTERFACE>
class BnInterface : public INTERFACE, public BBinder
{
public:
    virtual sp<IInterface>  queryLocalInterface(const String16& _descriptor);
    virtual String16        getInterfaceDescriptor() const;
protected:
    virtual IBinder*        onAsBinder();
};
     BnInterface模版的定义如下所示:
template<typename INTERFACE>
class BpInterface : public INTERFACE, public BpRefBase
{
public:
                            BpInterface(const sp<IBinder>& remote);
protected:
    virtual IBinder*    onAsBinder();
};
         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:
#define DECLARE_META_INTERFACE(INTERFACE)                               \
    static const String16 descriptor;                                   \
    static sp<I##INTERFACE> asInterface(const sp<IBinder>& obj);        \
    virtual String16 getInterfaceDescriptor() const;                    \
#define IMPLEMENT_META_INTERFACE(INTERFACE, NAME)                       \
    const String16 I##INTERFACE::descriptor(NAME);                      \
    String16 I##INTERFACE::getInterfaceDescriptor() const {             \
        return I##INTERFACE::descriptor;                                \
    }                                                                   \
    sp<I##INTERFACE> I##INTERFACE::asInterface(const sp<IBinder>& obj)  \
    {                                                                   \
        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;                                                    \
    }
        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。

第二部分 Binder的运作 2.1 Binder的工作机制       Service Manager是一个守护进程,它复杂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 的截止,是内核空间中的一块共享内存。   2
  

第二部分 Binder的运作

2.1 Binder的工作机制
      Service Manager是一个守护进程,它复杂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,而真正通讯的截止,是内核空间中的一块共享内存。

绘图2.png

 

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



绘图2.png

 



本地功能(Bn)部分做的:
    实现BnABC:: BnTransact()
    注册服务:IServiceManager::AddService
代理部分(Bp)做的:
    实现几个功能函数,调用BpABC::remote()->transact()

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BnABCBpABC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BinderIPC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:
        sp<IServiceManager> defaultServiceManager();
       这时得到的ISericeManager实际上是一个全局的ISericeManager。

第三部分 Binder的实现

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IPermissionC
   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:
class IPermissionController : public IInterface
{
public:
    DECLARE_META_INTERFACE(PermissionController);
    virtual bool   checkPermission(const String16& permission,int32_t pid, int32_t uid) = 0;
    enum {
        CHECK_PERMISSION_TRANSACTION = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION
    };
};
class BnPermissionController : public BnInterface<IPermissionController>
{
public:
    virtual status_t    onTransact( uint32_t code,
                                    const Parcel& data,
                                    Parcel* reply,
                                    uint32_t flags = 0);
};
    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。

class BpPermissionController : public BpInterface<IPermissionController>
{
public:
    BpPermissionController(const sp<IBinder>& impl)
        : BpInterface<IPermissionController>(impl)
    {
    }
    virtual bool checkPermission(const String16& permission, int32_t pid, int32_t uid)
    {
        Parcel data, reply;
        data.writeInterfaceToken(IPermissionController::
                                       getInterfaceDescriptor());
        data.writeString16(permission);
        data.writeInt32(pid);
        data.writeInt32(uid);
        remote()->transact(CHECK_PERMISSION_TRANSACTION, data, &reply);
        if (reply.readInt32() != 0) return 0;
        return reply.readInt32() != 0;
    }
};
IMPLEMENT_META_INTERFACE(PermissionController, "android.os.IPermissionController");

    BpPermissionController继承了BpInterface<IPermissionController>,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:


status_t BnPermissionController:: BnTransact(
    uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)
{
    switch(code) {
        case CHECK_PERMISSION_TRANSACTION: {
            CHECK_INTERFACE(IPermissionController, data, reply);
            String16 permission = data.readString16();
            int32_t pid = data.readInt32();
            int32_t uid = data.readInt32();
            bool res = checkPermission(permission, pid, uid);
            reply->writeInt32(0);
            reply->writeInt32(res ? 1 : 0);
            return NO_ERROR;
        } break;
        default:
            return BBinder:: BnTransact(code, data, reply, flags);
    }
}
       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:
void ABC::instantiate() {
    defaultServiceManager()->addService(
            String16("XXX.ABC"), new ABC ());
}
    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:
ProcessState::self()->getContextObject(NULL));
    IPCThreadState* ipc = IPCThreadState::self();
   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:
    mRemote()->transact()
    Process::self()
    IPCThreadState::self()->transact()
    writeTransactionData()
    waitForResponse()
    talkWithDriver()
    ioctl(fd, BINDER_WRITE_READ, &bwr)

    在IPCThreadState::executeCommand()函数中,实现传输操作。



  




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