Binder原理

相信很多Android开发的朋友大都会在面试时都会被问到Binder的原理是什么？

什么是Binder

首先先了解下Binder是什么：Binder是Android特有的一种进程间通信（简称IPC）机制，Android源自Linux，Linux的进程间通信一般有：管道、消息队里、信号量、socket、内存共享等，为什么Android要用独有Binder机制呢？我们做下对比：

通信方式	优缺点
Binder	a、性能能好：只需要一次数据拷贝; b、安全性高：使UID/PID由Binder机制本身在内核空间添加身份识别；且可以建立私有通道，这是Linux通信机制无法实现的; c、稳定性更好：Binder基于C/S架构，客户端(Client)有什么需求都通过服务端（Server）完成，架构清晰、职责明确又相互独立，所以稳定性更好； d、使用简单：客户端（client）函数的名字、参数和返回值与服务端（Server）的方法一样，方便使用
内存共享	优点：不需要数据拷贝，即0此数据报备； 缺点：同步、控制复杂，难以使用
管道和消息队列	缺点：性能差，因为需要2次数据拷贝（数据线从发送方缓存区拷贝到内核缓存区，再从内核缓存区拷贝到接收方的缓存区）
Socket	缺点：性能差，因为需要2次数据拷贝（传输效率低且开销比较大，一般用在跨网络的进程间通信或本机上进程间的低通信

Binder机制与角色

Binder是一种Android特有的进程间通信机制，它采用C/S通信模式，有Client、Server、ServiceManager、Binder驱动四个角色，其中Client、Server、ServiceManager都是独立进程且运行在用户空间，Binder驱动运行在内核空间：

• Client：是客户端，服务的使用者
• Server：是否服务提供者，需要向ServiceManager进行注册
• ServiceManager： 是服务管理，负责服务的注册，同时管理一张服务名称与服务提供的Binder的引用的映射表，这样Client向ServicerManager请求获取服务时，通过映射表可以获取到服务提供的Binder引用，进而可以通过Binder引用进行远程调用服务提供的接口。
• Binder驱动：是一种特殊的虚拟的字符设备，是进程间通信的桥梁。

既然Client、Server、ServiceManager都是独立的用户进程，他们之间又是进程之间通信，它们又是怎么进行通信的呢？Server是怎么注册到ServiceManager的呢？Client又是怎么获取ServiceManager的呢？答案还是Binder：

• ServiceManger在系统启动时创建，并创建一个特殊的Binder，将它通过BINDER_SET_CONTEXT_MGR命令设置为ServiceManager的Binder驱动，它的索引为0。这个特殊的Binder没有名字也不需要注册，所有的Client和Server不需要通过其他手段，都通过索引为0的Binder与ServiceManager进行通信，如Server通过索引为0的Binder向ServiceManager注册服务，Client通过索引为0的Binder获取所需要的服务。
• Server内部会创建一个Binder，并为其起名称，接着将其以数据包的形式，通过索引0的binder向ServiceManager发送，ServiceManager接收到之后，将名字与Binder引用进行映射。
• Client请求服务时，通过索引0的Binder请求获取所需要的服务，ServiceManager接收到之后，根据请求的服务名称，从映射表中查询出服务提供的Binder引用，并返回给Client，接着Client就可以通过这个Binder跟Server进行通信了。

Binder进程间通信实现流程

上面介绍的只是通信的大概流程，那么具体是怎么实现的呢？比如数据流的走向怎么从Client到Server的？
在介绍实现流程之前，先大概介绍下Binder驱动提供的主要操作有：

• open 打开驱动
• ioctl 驱动与应用程序通信协议的实现，即Client数据到Binder驱动再到Server的通信协议由ioctl操作完成
• mmap 内存映射

进行进程间通信，Server端需要提供一套接口函数，供Client端远程调用。一般采用代理Proxy的方式，将Server端接口函数定义在一个抽象类中，Server和Client都实现此抽象类，不同的是Server是接口函数的具体实现，Client端则是对这些远程接口的调用进行代理封装。Server端通过int类型的code来映射接口函数，在onTransact中通过判断code来调用哪个函数。
Binder进程间通信使用一套通信协议，每个协议都是命令+数据的形式，每种命令传递的数据及格式是不一样的。最常用的指令就是BINDER_WRITE_READ写读指令，而BINDER_WRITE_READ指令也是指令+数据的形式，BINDER_WRITE_READ常用的指令是BC_TRANSACT（请求）和BC_REPLY(响应)。如：Client通过索引为0的Binder获取到封装了所需要的服务Binder的代理A之后，就可以通过代理A调用服务提供的接口函数，代理内部再调用内部远程代理的Binder的transact方法向服务端发起请求，接着调用Binder驱动提供的系统接口，将请求封装为BC_TRANSACT数据包和BINDER_WRITE_READ数据包，Binder驱动使用mmap将Server端和内核空间都映射到同一块地址，接着调用copy_from_user将请求的数据拷贝的内核空间与Server映射好的内存中，binder驱动通过ioctl操作对数据进行解析，再调用服务端的读onTransact操作进行处理，服务端的onTransact的响应也是一样类似的操作逆序将响应信息传回给Client。