前言

IPC 系列文章：
建议按顺序阅读。

Android IPC 之Service 还可以这么理解
Android IPC 之Binder基础
Android IPC 之Binder应用
Android IPC 之AIDL应用(上)
Android IPC 之AIDL应用(下)
Android IPC 之Messenger 原理及应用
Android IPC 之服务端回调
Android IPC 之获取服务(IBinder)

在平时的开发中，大部分时候都在编写单个App，每个App就是个进程。App之间的通信即是进程间通信(IPC)，Android采用Binder进行IPC。
通过本篇文章，你将了解到：

1、Linux IPC 基础
2、Linux IPC 常用方式
3、Android Binder 简单认识
4、Android Binder 使用场合

1、Linux IPC 基础

我们知道进程间并不能直接通信，什么是通信呢？
在自然语言里，通信其实就是交互信息的过程，而在计算机里是交换数据，数据又是存储在内存里，因此关键的问题是：如果两个进程分别能访问到对方数据所在的内存，那么说明进程间能够通信。

虚拟内存地址空间

在32位系统里，物理内存寻址大小为：4G。

image.png

用32位表示一个地址块（上图的一个格子），最多能显示2^32个格子，也就是4 * 2^30 = 4G。

在编写程序的过程中，并不能直接访问物理内存地址。系统设计了虚拟地址（逻辑地址）来给每个进程分配地址空间。

image.png

同样的，虚拟地址寻址空间也是4G。只是被分为了两部分：内核地址空间和用户地址空间。其中内核地址空间占用1G，用户地址空间占用3G。
普通的应用程序只能访问3G的用户空间，内核、驱动等运行在内核地址空间，每个进程内核地址空间是共享的。应用程序想要操作网络、磁盘等硬件资源需要通过内核来访问。

理论上来说运行在内核空间的代码可以访问整个虚拟地址空间，当然一般不会直接访问，因为用户地址空间的内存有可能是缺页的。通常来说是通过：copy_from_user 和 copy_to_user 函数用来交换内核地址空间与用户地址空间的数据。

虚拟地址如何映射到物理内存呢？

image.png

每个进程分配的虚拟地址空间都是独立的，通过页表映射到物理内存，进而读写数据。进程的虚拟地址空间既然是独立的，那么各个进程之间自然无法直接访问。

2、Linux IPC 常用方式

虽然进程间是不能直接访问对方，但是某个进程有需要其它进程的协助，比如提供一些数据，那么该怎么实现进程间通信呢？有哪些常用的方式呢？
从上面可以知道，要想实现IPC，大致有两种思路：

1、共享物理内存
2、通过内核中转

循着这思路，来看看常用的Linux IPC方式。

共享物理内存

共享内存
属于共享物理内存方式：多个进程共享同一段物理内存，当某个进程改变内存内容时，其它进程都能够知道。此种方式无需拷贝内容，但是需要信号量进行进程间同步。

image.png
如图，进程A向进程B发送一段内容："say hello"，可以看出由于共享了内存，因此双方都可以直接从里面拿数据。

通过内核中转

管道
消息队列
套接字(socket)

同样是进程A向进程B发送一段内容：

image.png

先将A发送的内容拷贝到内核，这过程可以理解为存储，再从内核拷贝到B的用户空间，这过程可以理解为转发，因此一次"存储-转发"过程需要两次内容拷贝。

3、Android Binder 简单认识

虽然Linux提供了上述(还有其它的如信号量等)的IPC方式，但是由于每种方式都有其缺点，因此Android另起炉灶弄了另一种方式：Binder。
在此之前，先来了解一下内存映射(mmap)。

内存映射

image.png

上面提到过，"存储-转发"过程需要在用户空间和内核空间之间拷贝数据，还有一种不需要拷贝的方式：内存映射。
如上图，进程空间与内核空间共享磁盘上的一个映射文件，当进程空间往映射文件写入数据后（此处不是真正的I/O，而是内存读写），相当与写入了内核空间，反之亦然。

Binder 通信方式

image.png

进程A给进程B发送一段信息，流程如下：

1、进程A通过系统调用拷贝内容到内核空间。
2、由于内核空间与进程B做了内存映射，因此进程B能够知道内核空间的信息。

从上可知，通过Binder，进程A给进程B发送信息只进行了一次数据拷贝。
对比其它IPC方式可知：

image.png

另外，传统的IPC方式只能由使用者填入UID/PID，容易被外界仿造、篡改。而Binder内置为发送者添加UID/PID，更安全。

4、Android Binder 使用场合

似乎平时很少使用Binder呢？其实不然，我们不知不觉中已经用了它。
上图展示了Binder使用C/S模式，也就是S(Server)端提供服务入口，C(Client)调用服务提供的接口，进而两者可以进行通信。
先来看看一段手机马达震动的代码：

        Vibrator vibrator = (Vibrator)getSystemService(Context.VIBRATOR_SERVICE);
        vibrator.vibrate(1000);

调用了Context里的方法：getSystemService，指定获取名为：VIBRATOR_SERVICE 的服务，拿到服务后调用 vibrate(xx)即可实现手机震动。
每个App都能通过访问这段代码来实现手机震动，可想而知拿到的"震动服务"一定是某个地方统一提供的。
我们知道，Android系统启动后会开启名为：system_server的进程，顾名思义：系统服务，提供给所有App使用的公共服务进程。
"震动服务"就是跑在该进程里的。
当调用getSystemService(xx)获取"震动服务时"，相当于调用者(App进程)与system_server(服务提供进程）进行了一次IPC过程(实际比较复杂，简单说是：通过ServiceManager获取Binder，该Binder连接system_server，ServiceManager跑在另外的进程里)。
App进程--->Client
system_server--->Server
类似的调用了getSystemService(xx)都是进程间通信。

你也许会说，我不调用上面的方法就不进行进程间通信了？

image.png

举个例子：客户端进程里有行为:Activity A跳转到ActivityB，这个过程是：

客户端进程先请求ActivityManagerService(AMS)[AMS运行在system_server进程]，此时已经通过Binder进行了一次IPC操作。
AMS准备好之后告诉客户端进程创建Activity B对象，又是一次IPC操作。
注：中途还有其它IPC过程

同理四大组件Service、ContentProvider、BroadcastReceiver都离不开Binder。
Binder一直存在，默默地充当着进程间通信的桥梁，只是系统封装好了上层很少去主动调用它。
既然Binder如此强悍又无处不在，在下篇文章中将分析如何使用它。
本文基于Android 10.0。

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