作者：dreamgyf
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开篇
本篇以aosp分支android-11.0.0_r25作为基础解析
我们在之前的文章中，从驱动层面分析了Binder是怎样工作的，但Binder驱动只涉及传输部分，待传输对象是怎么产生的呢，这就是framework层的工作了。我们要彻底了解Binder的工作原理，不仅要去看驱动层，还得去看framework层以及应用层（AIDL）
ServiceManager
getIServiceManager
我们还是以第一次见到Binder的地方ServiceManager开始分析，我们选取getService方法来分析（这个方法既有入参也有返回），抛除掉它缓存和log的部分，最核心的代码就一句getIServiceManager().getService(name)
private static IServiceManager getIServiceManager() {
if (sServiceManager != null) {
return sServiceManager;
}
// Find the service manager
sServiceManager = ServiceManagerNative
.asInterface(Binder.allowBlocking(BinderInternal.getContextObject()));
return sServiceManager;
}
BinderInternal.getContextObject
我们从BinderInternal.getContextObject()开始看起，这个函数是一个native函数，他被实现在frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp中
static jobject android_os_BinderInternal_getContextObject(JNIEnv* env, jobject clazz)
{
sp<IBinder> b = ProcessState::self()->getContextObject(NULL);
return javaObjectForIBinder(env, b);
}
ProcessState
我们在这里可以发现一个比较关键的类ProcessState，它是一个负责打开binder驱动并进行mmap映射的单例对象，这从它的self函数就可以看出来，每个进程只存在一个ProcessState实例
位置：frameworks/native/libs/binder/ProcessState.cpp
sp<ProcessState> ProcessState::self()
{
Mutex::Autolock _l(gProcessMutex);
if (gProcess != nullptr) {
return gProcess;
}
gProcess = new ProcessState(kDefaultDriver);
return gProcess;
}
我们来看看它的构造函数
ProcessState::ProcessState(const char *driver)
: mDriverName(String8(driver))
, mDriverFD(open_driver(driver)) //打开binder驱动
, mVMStart(MAP_FAILED)
, mThreadCountLock(PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER)
, mThreadCountDecrement(PTHREAD_COND_INITIALIZER)
, mExecutingThreadsCount(0)
, mMaxThreads(DEFAULT_MAX_BINDER_THREADS)
, mStarvationStartTimeMs(0)
, mBinderContextCheckFunc(nullptr)
, mBinderContextUserData(nullptr)
, mThreadPoolStarted(false)
, mThreadPoolSeq(1)
, mCallRestriction(CallRestriction::NONE)
{
if (mDriverFD >= 0) {
// mmap the binder, providing a chunk of virtual address space to receive transactions.
mVMStart = mmap(nullptr, BINDER_VM_SIZE, PROT_READ, MAP_PRIVATE | MAP_NORESERVE, mDriverFD, 0);
...
}
}
这里的:后是c++构造函数初始化赋值的一种语法，可以看到其中调用了open_driver函数打开binder驱动
static int open_driver(const char *driver)
{
//打开binder驱动
int fd = open(driver, O_RDWR | O_CLOEXEC);
int vers = 0;
//验证binder版本
status_t result = ioctl(fd, BINDER_VERSION, &vers);
if (result != 0 || vers != BINDER_CURRENT_PROTOCOL_VERSION) {
...
}
//设置binder最大线程数
size_t maxThreads = DEFAULT_MAX_BINDER_THREADS;
result = ioctl(fd, BINDER_SET_MAX_THREADS, &maxThreads);
return fd;
}
这里做了三件事，打开binder驱动、验证binder版本、设置binder最大线程数，接着构造函数调用mmap建立binder映射，这里面的实现我们已经在Android源码分析 - Binder驱动（上）、（中）、（下）中分析过了，感兴趣的同学可以回过头去看一看
ProcessState::self函数执行完后，当前进程的binder初始化工作已经执行完毕，接下来我们回过头来看它的getContextObject函数
sp<IBinder> ProcessState::getContextObject(const sp<IBinder>& /*caller*/)
{
sp<IBinder> context = getStrongProxyForHandle(0);
if (context == nullptr) {
ALOGW("Not able to get context object on %s.", mDriverName.c_str());
}
// The root object is special since we get it directly from the driver, it is never
// written by Parcell::writeStrongBinder.
internal::Stability::tryMarkCompilationUnit(context.get());
return context;
}
我们在binder驱动篇就提到了，handle句柄0代表的就是ServiceManager，所以这里调用getStrongProxyForHandle函数的参数为0
sp<IBinder> ProcessState::getStrongProxyForHandle(int32_t handle)
{
sp<IBinder> result;
AutoMutex _l(mLock);
//查找或建立handle对应的handle_entry
handle_entry* e = lookupHandleLocked(handle);
if (e != nullptr) {
IBinder* b = e->binder;
if (b == nullptr || !e->refs->attemptIncWeak(this)) {
if (handle == 0) {
//当handle为ServiceManager的特殊情况
//需要确保在创建Binder引用之前，context manager已经被binder注册
Parcel data;
status_t status = IPCThreadState::self()->transact(
0, IBinder::PING_TRANSACTION, data, nullptr, 0);
if (status == DEAD_OBJECT)
return nullptr;
}
//创建BpBinder并保存下来以便后面再次查找
b = BpBinder::create(handle);
e->binder = b;
if (b) e->refs = b->getWeakRefs();
result = b;
} else {
result.force_set(b);
e->refs->decWeak(this);
}
}
return result;
}
ProcessState::handle_entry* ProcessState::lookupHandleLocked(int32_t handle)
{
const size_t N=mHandleToObject.size();
//新建一个handle_entry并插入到vector中
if (N <= (size_t)handle) {
handle_entry e;
e.binder = nullptr;
e.refs = nullptr;
status_t err = mHandleToObject.insertAt(e, N, handle+1-N);
if (err < NO_ERROR) return nullptr;
}
return &mHandleToObject.editItemAt(handle);
}
整条链路下来还是比较清晰的，最终获得了一个BpBinder对象，这是native中的类型，需要将它转换成java中的类型，这里调用了javaObjectForIBinder函数，位于frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp中
javaObjectForIBinder
// If the argument is a JavaBBinder, return the Java object that was used to create it.
// Otherwise return a BinderProxy for the IBinder. If a previous call was passed the
// same IBinder, and the original BinderProxy is still alive, return the same BinderProxy.
jobject javaObjectForIBinder(JNIEnv* env, const sp<IBinder>& val)
{
if (val == NULL) return NULL;
//JavaBBinder返回true，其他类均返回flase
if (val->checkSubclass(&gBinderOffsets)) {
// It's a JavaBBinder created by ibinderForJavaObject. Already has Java object.
jobject object = static_cast<JavaBBinder*>(val.get())->object();
return object;
}
BinderProxyNativeData* nativeData = new BinderProxyNativeData();
nativeData->mOrgue = new DeathRecipientList;
nativeData->mObject = val;
jobject object = env->CallStaticObjectMethod(gBinderProxyOffsets.mClass,
gBinderProxyOffsets.mGetInstance, (jlong) nativeData, (jlong) val.get());
if (env->ExceptionCheck()) {
// In the exception case, getInstance still took ownership of nativeData.
return NULL;
}
BinderProxyNativeData* actualNativeData = getBPNativeData(env, object);
//如果object是刚刚新建出来的BinderProxy
if (actualNativeData == nativeData) {
//处理proxy计数
...
} else {
delete nativeData;
}
return object;
}
我们先看一看这个gBinderProxyOffsets是什么
static struct binderproxy_offsets_t
{
// Class state.
jclass mClass;
jmethodID mGetInstance;
jmethodID mSendDeathNotice;
// Object state.
//指向BinderProxyNativeData的指针
jfieldID mNativeData; // Field holds native pointer to BinderProxyNativeData.
} gBinderProxyOffsets;
const char* const kBinderProxyPathName = "android/os/BinderProxy";
static int int_register_android_os_BinderProxy(JNIEnv* env)
{
...
jclass clazz = FindClassOrDie(env, kBinderProxyPathName);
gBinderProxyOffsets.mClass = MakeGlobalRefOrDie(env, clazz);
gBinderProxyOffsets.mGetInstance = GetStaticMethodIDOrDie(env, clazz, "getInstance",
"(JJ)Landroid/os/BinderProxy;");
gBinderProxyOffsets.mSendDeathNotice =
GetStaticMethodIDOrDie(env, clazz, "sendDeathNotice",
"(Landroid/os/IBinder$DeathRecipient;Landroid/os/IBinder;)V");
gBinderProxyOffsets.mNativeData = GetFieldIDOrDie(env, clazz, "mNativeData", "J");
...
}
可以看到，gBinderProxyOffsets实际上是一个用来记录一些java中对应类、方法以及字段的结构体，用于从native层调用java层代码
接下来我们看javaObjectForIBinder函数的具体内容
jobject javaObjectForIBinder(JNIEnv* env, const sp<IBinder>& val)
{
if (val == NULL) return NULL;
//JavaBBinder返回true，其他类均返回flase
if (val->checkSubclass(&gBinderOffsets)) {
// It's a JavaBBinder created by ibinderForJavaObject. Already has Java object.
jobject object = static_cast<JavaBBinder*>(val.get())->object();
return object;
}
...
}
首先有一个IBinder类型检查的判断，我看了一圈发现目前只有当IBinder的实际类型为JavaBBinder的时候会返回true，其他子类均返回false。JavaBBinder类继承自BBinder，里面保存了对java层Binder对象的引用，所以在这种情况下，直接返回里面的object就好了。
从这里可以看出，native层的javaBBinder与java层的Binder是对应关系
我们这里传进来的是BpBinder，会接着往下走
jobject javaObjectForIBinder(JNIEnv* env, const sp<IBinder>& val)
{
...
BinderProxyNativeData* nativeData = new BinderProxyNativeData();
nativeData->mOrgue = new DeathRecipientList;
nativeData->mObject = val;
jobject object = env->CallStaticObjectMethod(gBinderProxyOffsets.mClass,
gBinderProxyOffsets.mGetInstance, (jlong) nativeData, (jlong) val.get());
...
}
接着实例化一个BinderProxyNativeData，将Binder死亡回调DeathRecipientList和Binder对象（这里为BpBinder）赋值给它，然后调用java层方法。gBinderProxyOffsets之前说过了，类为android.os.BinderProxy，方法为getInstance，所以这里调用的即为android.os.BinderProxy.getInstance(nativeData, iBinder)，BinderProxy的路径为frameworks/base/core/java/android/os/BinderProxy.java
private static BinderProxy getInstance(long nativeData, long iBinder) {
BinderProxy result;
synchronized (sProxyMap) {
try {
result = sProxyMap.get(iBinder);
if (result != null) {
return result;
}
result = new BinderProxy(nativeData);
} catch (Throwable e) {
// We're throwing an exception (probably OOME); don't drop nativeData.
NativeAllocationRegistry.applyFreeFunction(NoImagePreloadHolder.sNativeFinalizer,
nativeData);
throw e;
}
NoImagePreloadHolder.sRegistry.registerNativeAllocation(result, nativeData);
// The registry now owns nativeData, even if registration threw an exception.
sProxyMap.set(iBinder, result);
}
return result;
}
这里的逻辑比较简单，以iBinder为 key 尝试从sProxyMap取出BinderProxy，如果取到值了就直接将它返回出去，如果没取到，用之前传进来的BinderProxyNativeData指针为参数实例化一个BinderProxy，并将其设置到sProxyMap中
从这里可以看出每一个服务的BinderProxy都是以单例形式存在的，并且native层的BinderProxyNativeData与java层的BinderProxy是对应关系
BinderProxyNativeData* getBPNativeData(JNIEnv* env, jobject obj) {
return (BinderProxyNativeData *) env->GetLongField(obj, gBinderProxyOffsets.mNativeData);
}
jobject javaObjectForIBinder(JNIEnv* env, const sp<IBinder>& val)
{
...
BinderProxyNativeData* actualNativeData = getBPNativeData(env, object);
//如果object是刚刚新建出来的BinderProxy
if (actualNativeData == nativeData) {
//处理proxy计数
...
} else {
delete nativeData;
}
return object;
}
接下来判断我们通过BinderProxy.getInstance方法获得的BinderProxy是不是刚刚创建出来的，如果是新建的则需要处理一下proxy计数，这里是通过对比BinderProxy中的mNativeData和我们新建出来的nativeData地址判断的
ServiceManagerNative.asInterface
我们将目光放回getIServiceManager方法，现在我们知道BinderInternal.getContextObject()方法返回了ServiceManager对应的BinderProxy，接着会调用Binder.allowBlocking方法，这个方法只是改变了BinderProxy中的一个参数，使其允许阻塞调用，这样的话getIServiceManager就可以被简化成如下代码
private static IServiceManager getIServiceManager() {
if (sServiceManager != null) {
return sServiceManager;
}
// Find the service manager
sServiceManager = ServiceManagerNative
.asInterface(/* BinderProxy */);
return sServiceManager;
}
我们看到asInterface方法实际上是直接实例化了一个ServiceManagerProxy对象
public static IServiceManager asInterface(IBinder obj) {
if (obj == null) {
return null;
}
// ServiceManager is never local
return new ServiceManagerProxy(obj);
}
ServiceManagerProxy
从名字就能听出来，ServiceManagerProxy其实是一个代理类，它其实是IServiceManager.Stub.Proxy的代理，实际上是没有什么必要的，可以发现作者也在注释中标注了This class should be deleted and replaced with IServiceManager.Stub whenever mRemote is no longer used，我们看一下它的构造方法
public ServiceManagerProxy(IBinder remote) {
mRemote = remote;
mServiceManager = IServiceManager.Stub.asInterface(remote);
}
ServiceManagerProxy实现了IServiceManager接口，但这个方法的实现都是直接调用mServiceManager，以addService举例
public void addService(String name, IBinder service, boolean allowIsolated, int dumpPriority)
throws RemoteException {
mServiceManager.addService(name, service, allowIsolated, dumpPriority);
}
这与直接使用IServiceManager.Stub.asInterface(remote)得到IServiceManager并没有什么区别
IServiceManager
我们将重点转到IServiceManager上，我们在源码中搜索不到IServiceManager.java文件，因为实际上这个文件是通过aidl生成的
关于aidl我们到后面再详细分析，现在我们只需要知道它其实是辅助我们进行binder通信的一种工具，aidl文件会在编译过程中生成出与之对应的java文件
IServiceManager的aidl文件路径为frameworks/native/libs/binder/aidl/android/os/IServiceManager.aidl
我们来看一下它生成出的IServiceManager.Stub.asInterface方法
public static android.os.IServiceManager asInterface(android.os.IBinder obj)
{
if ((obj == null)) {
return null;
}
android.os.IInterface iin = obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
if (((iin != null) && (iin instanceof android.os.IServiceManager))) {
return ((android.os.IServiceManager) iin);
}
return new android.os.IServiceManager.Stub.Proxy(obj);
}
这里我们传入的IBinder是BinderProxy，它的queryLocalInterface永远返回null，所以这里返回的是IServiceManager.Stub.Proxy对象，我们接着看之前调用的getService方法
@Override public android.os.IBinder getService(java.lang.String name) throws android.os.RemoteException
{
android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
android.os.IBinder _result;
try {
_data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
_data.writeString(name);
boolean _status = mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getService, _data, _reply, 0);
_reply.readException();
_result = _reply.readStrongBinder();
}
finally {
_reply.recycle();
_data.recycle();
}
return _result;
}
Parcel
Parcel是一个存放读取数据的容器，它的基本功能和使用相信进阶Android开发应该都懂，我们在这里只介绍一些关键性函数的含义，其他就不多赘述了，有机会的话以后单独开一章分析它
| 函数 | 作用 |
|---|---|
| obtain | 获取一个新的Parcel对象 |
| ipcData、data | 数据区首地址 |
| ipcDataSize、dataSize | 数据大小 |
| ipcObjects | 偏移数组首地址 |
| ipcObjectsCount | IPC对象数量 |
| dataPosition | 数据指针当前的位置 |
| dataCapacity | 数据区的总容量（始终 >= dataSize） |
这里获取了两个Parcel，一个_data用来传递参数数据，一个_reply用来接收回应。接着，_data首先调用writeInterfaceToken方法，这里的token是客户端与服务端的一个协定，服务端会校验我们写入的这个token，然后按照顺序将参数依次写入到_data中（序列化），然后通过binder调用远程服务真正的方法，然后检查异常。
对于无返回值的方法来说，到这一步已经结束了，但我们这个方法是有返回值的，所以我们需要一个_result，从_reply中读取出数据（反序列化），赋给_result，然后返回出去
BinderProxy.transact
我们重点看transact这一部分，通过我们之前的分析，我们知道mRemote是一个BinderProxy类型的对象，我们来看他的transact方法
public boolean transact(int code, Parcel data, Parcel reply, int flags) throws RemoteException {
//检查Parcel大小
Binder.checkParcel(this, code, data, "Unreasonably large binder buffer");
...
//trace
...
//Binder事务处理回调
...
//AppOpsManager信息记录
...
try {
final boolean result = transactNative(code, data, reply, flags);
if (reply != null && !warnOnBlocking) {
reply.addFlags(Parcel.FLAG_IS_REPLY_FROM_BLOCKING_ALLOWED_OBJECT);
}
return result;
} finally {
...
}
}
我这里简化了一下代码，可以看到，首先就是对Parcel大小的检查
static void checkParcel(IBinder obj, int code, Parcel parcel, String msg) {
if (CHECK_PARCEL_SIZE && parcel.dataSize() >= 800*1024) {
// Trying to send > 800k, this is way too much.
StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.append(msg);
sb.append(": on ");
sb.append(obj);
sb.append(" calling ");
sb.append(code);
sb.append(" size ");
sb.append(parcel.dataSize());
sb.append(" (data: ");
parcel.setDataPosition(0);
sb.append(parcel.readInt());
sb.append(", ");
sb.append(parcel.readInt());
sb.append(", ");
sb.append(parcel.readInt());
sb.append(")");
Slog.wtfStack(TAG, sb.toString());
}
}
Android默认设置了Parcel数据传输不能超过800k，当然，各个厂商是可以随意改动这里的代码的，如果超过了的话，便会调用Slog.wtfStack打印日志，需要注意的是，在当前进程不是系统进程并且系统也不是工程版本的情况下，这个方法是会结束进程的，所以在应用开发的时候，我们需要注意跨进程数据传输的大小，避免因此引发crash
省去中间的一些log、回调，接下来便是调用transactNative方法，这是一个native方法，实现在frameworks/base/core/jni/android_util_Binder.cpp中
static jboolean android_os_BinderProxy_transact(JNIEnv* env, jobject obj,
jint code, jobject dataObj, jobject replyObj, jint flags) // throws RemoteException
{
if (dataObj == NULL) {
jniThrowNullPointerException(env, NULL);
return JNI_FALSE;
}
Parcel* data = parcelForJavaObject(env, dataObj);
if (data == NULL) {
return JNI_FALSE;
}
Parcel* reply = parcelForJavaObject(env, replyObj);
if (reply == NULL && replyObj != NULL) {
return JNI_FALSE;
}
IBinder* target = getBPNativeData(env, obj)->mObject.get();
if (target == NULL) {
jniThrowException(env, "java/lang/IllegalStateException", "Binder has been finalized!");
return JNI_FALSE;
}
//log
...
status_t err = target->transact(code, *data, reply, flags);
//log
...
if (err == NO_ERROR) {
return JNI_TRUE;
} else if (err == UNKNOWN_TRANSACTION) {
return JNI_FALSE;
}
signalExceptionForError(env, obj, err, true /*canThrowRemoteException*/, data->dataSize());
return JNI_FALSE;
}
这里首先是获得native层对应的Parcel并执行判断，Parcel实际上功能是在native中实现的，java中的Parcel类使用mNativePtr成员变量保存了其对应native中的Parcel的指针
然后调用getBPNativeData函数获得BinderProxy在native中对应的BinderProxyNativeData，再通过里面的mObject域成员变量得到其对应的BpBinder，这个函数在之前分析javaObjectForIBinder的时候已经出现过了
BpBinder.transact
之后便是调用BpBinder的transact函数了
status_t BpBinder::transact(
uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)
{
// Once a binder has died, it will never come back to life.
//判断binder服务是否存活
if (mAlive) {
...
status_t status = IPCThreadState::self()->transact(
mHandle, code, data, reply, flags);
if (status == DEAD_OBJECT) mAlive = 0;
return status;
}
return DEAD_OBJECT;
}
这里有一个Alive判断，可以避免对一个已经死亡的binder服务再发起事务，浪费资源，除此之外便是调用IPCThreadState的transact函数了
IPCThreadState
路径：frameworks/native/libs/binder/IPCThreadState.cpp
还记得我们之前提到的ProcessState吗？IPCThreadState和它很像，ProcessState负责打开binder驱动并进行mmap映射，而IPCThreadState则是负责与binder驱动进行具体的交互
IPCThreadState也有一个self函数，与ProcessState的self不同的是，ProcessState是进程单例，而IPCThreadState是线程单例，我们来看看它是怎么实现的
IPCThreadState* IPCThreadState::self()
{
//不是初次调用的情况
if (gHaveTLS.load(std::memory_order_acquire)) {
restart:
//初次调用，生成线程私有变量key后
const pthread_key_t k = gTLS;
//先从线程本地储存空间中尝试获取值
IPCThreadState* st = (IPCThreadState*)pthread_getspecific(k);
if (st) return st;
//没有的话就实例化一个
return new IPCThreadState;
}
//IPCThreadState shutdown后不能再获取
if (gShutdown.load(std::memory_order_relaxed)) {
ALOGW("Calling IPCThreadState::self() during shutdown is dangerous, expect a crash.\n");
return nullptr;
}
//首次获取时gHaveTLS为false，会先走这里
pthread_mutex_lock(&gTLSMutex);
if (!gHaveTLS.load(std::memory_order_relaxed)) {
//创建一个key，作为存放线程本地变量的key
int key_create_value = pthread_key_create(&gTLS, threadDestructor);
if (key_create_value != 0) {
pthread_mutex_unlock(&gTLSMutex);
ALOGW("IPCThreadState::self() unable to create TLS key, expect a crash: %s\n",
strerror(key_create_value));
return nullptr;
}
//创建完毕，gHaveTLS置为true
gHaveTLS.store(true, std::memory_order_release);
}
pthread_mutex_unlock(&gTLSMutex);
//回到gHaveTLS为true的case
goto restart;
}
gHaveTLS是一个原子类型的bool值，它在存取过程中需要指定内存序std::memory_order_xxx，在这里我们直接忽略掉，把它当成一个纯粹的bool值就好了
在这里，TLS的全称为Thread Local Storage，表示线程本地储存空间，和java中的ThreadLocal其实是一个作用
当一个线程初次获取IPCThreadState的时候，会先走到gHaveTLS为false的case，此时程序会创建一个key，作为存放线程本地变量的key，创建成功后将gHaveTLS置为true，然后goto到gHaveTLS为true的case，此时线程本地储存空间中暂时还是没有数据的，所以会new一个IPCThreadState出来，在IPCThreadState的构造函数中，会将自己保存到线程本地储存空间中，这样，当线程第二次再获取IPCThreadState的时候，便会直接走到pthread_getspecific这里获取并返回
IPCThreadState::IPCThreadState()
: mProcess(ProcessState::self()),
mServingStackPointer(nullptr),
mServingStackPointerGuard(nullptr),
mWorkSource(kUnsetWorkSource),
mPropagateWorkSource(false),
mIsLooper(false),
mIsFlushing(false),
mStrictModePolicy(0),
mLastTransactionBinderFlags(0),
mCallRestriction(mProcess->mCallRestriction) {
pthread_setspecific(gTLS, this);
clearCaller();
mIn.setDataCapacity(256);
mOut.setDataCapacity(256);
}
我们通过构造函数可以发现，它调用了pthread_setspecific函数将自身保存在了线程本地储存空间中
IPCThreadState中，成员变量mIn用于接收来自binder设备的数据，mOut用于储存发往binder设备的数据，他们的默认容量都为256字节
transact
我们接着看它的transact函数
status_t IPCThreadState::transact(int32_t handle,
uint32_t code, const Parcel& data,
Parcel* reply, uint32_t flags)
{
LOG_ALWAYS_FATAL_IF(data.isForRpc(), "Parcel constructed for RPC, but being used with binder.");
status_t err;
flags |= TF_ACCEPT_FDS;
//log
...
err = writeTransactionData(BC_TRANSACTION, flags, handle, code, data, nullptr);
if (err != NO_ERROR) {
if (reply) reply->setError(err);
return (mLastError = err);
}
if ((flags & TF_ONE_WAY) == 0) { //binder事务不为TF_ONE_WAY
//当线程限制binder事务不为TF_ONE_WAY时
if (UNLIKELY(mCallRestriction != ProcessState::CallRestriction::NONE)) {
if (mCallRestriction == ProcessState::CallRestriction::ERROR_IF_NOT_ONEWAY) {
//这个限制只是log记录
ALOGE("Process making non-oneway call (code: %u) but is restricted.", code);
CallStack::logStack("non-oneway call", CallStack::getCurrent(10).get(),
ANDROID_LOG_ERROR);
} else /* FATAL_IF_NOT_ONEWAY */ {
//这个限制会终止线程
LOG_ALWAYS_FATAL("Process may not make non-oneway calls (code: %u).", code);
}
}
if (reply) {
err = waitForResponse(reply);
} else {
Parcel fakeReply;
err = waitForResponse(&fakeReply);
}
//log
...
} else {
err = waitForResponse(nullptr, nullptr);
}
return err;
}
这个函数的重点在于writeTransactionData和waitForResponse，我们依次分析
writeTransactionData
status_t IPCThreadState::writeTransactionData(int32_t cmd, uint32_t binderFlags,
int32_t handle, uint32_t code, const Parcel& data, status_t* statusBuffer)
{
binder_transaction_data tr;
tr.target.ptr = 0; /* Don't pass uninitialized stack data to a remote process */
//目标binder句柄值，ServiceManager为0
tr.target.handle = handle;
tr.code = code;
tr.flags = binderFlags;
tr.cookie = 0;
tr.sender_pid = 0;
tr.sender_euid = 0;
const status_t err = data.errorCheck();
if (err == NO_ERROR) {
//数据大小
tr.data_size = data.ipcDataSize();
//数据区起始地址
tr.data.ptr.buffer = data.ipcData();
//传递的偏移数组大小
tr.offsets_size = data.ipcObjectsCount()*sizeof(binder_size_t);
//偏移数组的起始地址
tr.data.ptr.offsets = data.ipcObjects();
} else if (statusBuffer) {
tr.flags |= TF_STATUS_CODE;
*statusBuffer = err;
tr.data_size = sizeof(status_t);
tr.data.ptr.buffer = reinterpret_cast<uintptr_t>(statusBuffer);
tr.offsets_size = 0;
tr.data.ptr.offsets = 0;
} else {
return (mLastError = err);
}
//这里为BC_TRANSACTION
mOut.writeInt32(cmd);
mOut.write(&tr, sizeof(tr));
return NO_ERROR;
}
在分析这个函数之前，我们需要先回忆一下在前面binder驱动章节我们所学习的binder结构和通信过程：Android源码分析 - Binder驱动（中）
binder_tansaction首先会读取一个请求码cmd，当binder请求码为BC_TRANSACTION/BC_REPLY的时候，binder驱动所接收的参数为binder_transaction_data结构体，所以在这个函数中，我们将binder请求码（这里为BC_TRANSACTION）和binder_transaction_data结构体依次写入到mOut中，为之后binder_tansaction做准备
waitForResponse
数据准备好后，接着便来到了waitForResponse函数
status_t IPCThreadState::waitForResponse(Parcel *reply, status_t *acquireResult)
{
uint32_t cmd;
int32_t err;
while (1) {
if ((err=talkWithDriver()) < NO_ERROR) break;
err = mIn.errorCheck();
if (err < NO_ERROR) break;
if (mIn.dataAvail() == 0) continue;
cmd = (uint32_t)mIn.readInt32();
IF_LOG_COMMANDS() {
alog << "Processing waitForResponse Command: "
<< getReturnString(cmd) << endl;
}
switch (cmd) {
case BR_ONEWAY_SPAM_SUSPECT:
...
case BR_TRANSACTION_COMPLETE:
//当TF_ONE_WAY模式下收到BR_TRANSACTION_COMPLETE直接返回，本次binder通信结束
if (!reply && !acquireResult) goto finish;
break;
case BR_DEAD_REPLY:
...
case BR_FAILED_REPLY:
...
case BR_FROZEN_REPLY:
...
case BR_ACQUIRE_RESULT:
...
case BR_REPLY:
{
binder_transaction_data tr;
err = mIn.read(&tr, sizeof(tr));
ALOG_ASSERT(err == NO_ERROR, "Not enough command data for brREPLY");
//失败直接返回
if (err != NO_ERROR) goto finish;
if (reply) { //客户端需要接收replay
if ((tr.flags & TF_STATUS_CODE) == 0) { //正常reply内容
reply->ipcSetDataReference(
reinterpret_cast<const uint8_t*>(tr.data.ptr.buffer),
tr.data_size,
reinterpret_cast<const binder_size_t*>(tr.data.ptr.offsets),
tr.offsets_size/sizeof(binder_size_t),
freeBuffer /*释放缓冲区*/);
} else { //内容只是一个32位的状态码
//接收状态码
err = *reinterpret_cast<const status_t*>(tr.data.ptr.buffer);
//释放缓冲区
freeBuffer(nullptr,
reinterpret_cast<const uint8_t*>(tr.data.ptr.buffer),
tr.data_size,
reinterpret_cast<const binder_size_t*>(tr.data.ptr.offsets),
tr.offsets_size/sizeof(binder_size_t));
}
} else { //客户端不需要接收replay
//释放缓冲区
freeBuffer(nullptr,
reinterpret_cast<const uint8_t*>(tr.data.ptr.buffer),
tr.data_size,
reinterpret_cast<const binder_size_t*>(tr.data.ptr.offsets),
tr.offsets_size/sizeof(binder_size_t));
continue;
}
}
goto finish;
default:
//这里是binder服务端部分的处理，现在不需要关注
err = executeCommand(cmd);
if (err != NO_ERROR) goto finish;
break;
}
}
finish:
if (err != NO_ERROR) {
if (acquireResult) *acquireResult = err;
if (reply) reply->setError(err);
mLastError = err;
logExtendedError();
}
return err;
}
这里有一个循环，正如函数名所描述，会一直等待到一整条binder事务链结束返回后才会退出这个循环，在这个循环的开头，便是talkWithDriver方法
talkWithDriver
status_t IPCThreadState::talkWithDriver(bool doReceive)
{
//检查打开的binder设备的fd
if (mProcess->mDriverFD < 0) {
return -EBADF;
}
binder_write_read bwr;
// Is the read buffer empty?
//dataPosition >= dataSize说明上一次读取到的数据已经消费完
const bool needRead = mIn.dataPosition() >= mIn.dataSize();
// We don't want to write anything if we are still reading
// from data left in the input buffer and the caller
// has requested to read the next data.
//需要写的数据大小，这里的doReceive默认为true，如果上一次的数据还没读完，则不会写入任何内容
const size_t outAvail = (!doReceive || needRead) ? mOut.dataSize() : 0;
bwr.write_size = outAvail;
bwr.write_buffer = (uintptr_t)mOut.data();
// This is what we'll read.
if (doReceive && needRead) {
//将read_size设置为读缓存可用容量
bwr.read_size = mIn.dataCapacity();
//设置读缓存起始地址
bwr.read_buffer = (uintptr_t)mIn.data();
} else {
bwr.read_size = 0;
bwr.read_buffer = 0;
}
// Return immediately if there is nothing to do.
//没有要读写的数据就直接返回
if ((bwr.write_size == 0) && (bwr.read_size == 0)) return NO_ERROR;
bwr.write_consumed = 0;
bwr.read_consumed = 0;
status_t err;
do {
//调用binder驱动的ioctl
if (ioctl(mProcess->mDriverFD, BINDER_WRITE_READ, &bwr) >= 0)
err = NO_ERROR;
else
err = -errno;
if (mProcess->mDriverFD < 0) {
err = -EBADF;
}
} while (err == -EINTR);
if (err >= NO_ERROR) {
//写数据被消费了
if (bwr.write_consumed > 0) {
//写数据没有被消费完
if (bwr.write_consumed < mOut.dataSize())
LOG_ALWAYS_FATAL("Driver did not consume write buffer. "
"err: %s consumed: %zu of %zu",
statusToString(err).c_str(),
(size_t)bwr.write_consumed,
mOut.dataSize());
else {
//写数据消费完了，将数据大小设置为0，这样下次就不会再写数据了
mOut.setDataSize(0);
processPostWriteDerefs();
}
}
//读到了数据
if (bwr.read_consumed > 0) {
//设置数据大小及数据指针偏移，这样后面就可以从中读取出来数据了
mIn.setDataSize(bwr.read_consumed);
mIn.setDataPosition(0);
}
return NO_ERROR;
}
return err;
}
这里的binder_write_read也是一个我们熟悉的结构，我们在之前的文章Android源码分析 - Binder驱动（中）中了解过，关于binder通信的代码，我们需要结合着binder驱动一起看才能理解
在binder驱动层中，binder_ioctl_write_read函数会从用户空间读取一个binder_write_read结构，这个结构体主要描述了数据传输的大小和位置以及消费情况（已读/写数据大小），这么看来，talkWithDriver函数的结构就很清晰了：
-
创建出
binder_write_read结构，根据之前的读取情况，决定是否读写数据，设置写数据内容和大小，设置读数据的空间和容量 -
调用
binder驱动的ioctl -
重置写缓存，根据
ioctl的结果设置读缓存
这之后，waitForResponse函数就可以从读缓存mIn中读到数据了，我们回到这个函数中，发现它首先从读缓存中读取了一个binder响应码，然后根据这个响应码再处理接下来的工作
处理Reply
在此之前，我们先回顾一下一次binder_tansaction的整个过程，根据事务类型，分为两种情况：
TF_ONE_WAY
非 TF_ONE_WAY
我们先对照着看TF_ONE_WAY的情况
status_t IPCThreadState::waitForResponse(Parcel *reply, status_t *acquireResult)
{
switch (cmd) {
...
case BR_TRANSACTION_COMPLETE:
//当TF_ONE_WAY模式下收到BR_TRANSACTION_COMPLETE直接返回，本次binder通信结束
if (!reply && !acquireResult) goto finish;
break;
...
}
}
}
对于TF_ONE_WAY模式来说，客户端在收到BR_TRANSACTION_COMPLETE响应码后则返回，不会再等待BR_REPLY
而对于非TF_ONE_WAY模式来说，客户端不仅会收到BR_TRANSACTION_COMPLETE响应码，之后还会阻塞等待binder驱动给它发来BR_REPLY响应码，这之后一次binder_transaction才算完成
status_t IPCThreadState::waitForResponse(Parcel *reply, status_t *acquireResult)
{
switch (cmd) {
...
case BR_REPLY:
{
binder_transaction_data tr;
err = mIn.read(&tr, sizeof(tr));
ALOG_ASSERT(err == NO_ERROR, "Not enough command data for brREPLY");
//失败直接返回
if (err != NO_ERROR) goto finish;
if (reply) { //客户端需要接收replay
if ((tr.flags & TF_STATUS_CODE) == 0) { //正常reply内容
reply->ipcSetDataReference(
reinterpret_cast<const uint8_t*>(tr.data.ptr.buffer),
tr.data_size,
reinterpret_cast<const binder_size_t*>(tr.data.ptr.offsets),
tr.offsets_size/sizeof(binder_size_t),
freeBuffer /*释放缓冲区*/);
} else { //内容只是一个32位的状态码
//接收状态码
err = *reinterpret_cast<const status_t*>(tr.data.ptr.buffer);
//释放缓冲区
freeBuffer(nullptr,
reinterpret_cast<const uint8_t*>(tr.data.ptr.buffer),
tr.data_size,
reinterpret_cast<const binder_size_t*>(tr.data.ptr.offsets),
tr.offsets_size/sizeof(binder_size_t));
}
} else { //客户端不需要接收replay
//释放缓冲区
freeBuffer(nullptr,
reinterpret_cast<const uint8_t*>(tr.data.ptr.buffer),
tr.data_size,
reinterpret_cast<const binder_size_t*>(tr.data.ptr.offsets),
tr.offsets_size/sizeof(binder_size_t));
continue;
}
}
goto finish;
...
}
}
}
一般来说，非TF_ONE_WAY模式肯定是需要一个reply来接收的，即reply != null，此时我们来看看接收正常reply的过程（接收32位状态码没什么好说的，直接从读缓冲区中强制类型转换出一个32位的code就完事了）
这里我们就需要看一下Parcel的ipcSetDataReference函数了
void Parcel::ipcSetDataReference(const uint8_t* data, size_t dataSize, const binder_size_t* objects,
size_t objectsCount, release_func relFunc) {
// this code uses 'mOwner == nullptr' to understand whether it owns memory
LOG_ALWAYS_FATAL_IF(relFunc == nullptr, "must provide cleanup function");
//先清理重置一下数据和状态
freeData();
auto* kernelFields = maybeKernelFields();
LOG_ALWAYS_FATAL_IF(kernelFields == nullptr); // guaranteed by freeData.
mData = const_cast<uint8_t*>(data);
mDataSize = mDataCapacity = dataSize;
kernelFields->mObjects = const_cast<binder_size_t*>(objects);
kernelFields->mObjectsSize = kernelFields->mObjectsCapacity = objectsCount;
mOwner = relFunc;
//检查数据
binder_size_t minOffset = 0;
for (size_t i = 0; i < kernelFields->mObjectsSize; i++) {
binder_size_t offset = kernelFields->mObjects[i];
if (offset < minOffset) {
ALOGE("%s: bad object offset %" PRIu64 " < %" PRIu64 "\n",
__func__, (uint64_t)offset, (uint64_t)minOffset);
kernelFields->mObjectsSize = 0;
break;
}
const flat_binder_object* flat
= reinterpret_cast<const flat_binder_object*>(mData + offset);
uint32_t type = flat->hdr.type;
//binder类型出现异常
if (!(type == BINDER_TYPE_BINDER || type == BINDER_TYPE_HANDLE ||
type == BINDER_TYPE_FD)) {
...
kernelFields->mObjectsSize = 0;
break;
}
minOffset = offset + sizeof(flat_binder_object);
}
scanForFds();
}
其实这个函数也不复杂，我们知道binder_mmap做到了一次拷贝，将数据拷贝到了内核物理内存中，然后将其与用户空间虚拟内存做了映射，所以这个函数此时只需要将数据的地址，大小等等无脑赋值进去，客户端后续便可以用Parcel提供的函数方便的从中读取数据了
freeBuffer
最后我们再来看一下freeBuffer这个释放缓冲区的方法，
void IPCThreadState::freeBuffer(Parcel* parcel, const uint8_t* data,
size_t /*dataSize*/,
const binder_size_t* /*objects*/,
size_t /*objectsSize*/)
{
...
if (parcel != nullptr) parcel->closeFileDescriptors();
IPCThreadState* state = self();
state->mOut.writeInt32(BC_FREE_BUFFER);
state->mOut.writePointer((uintptr_t)data);
state->flushIfNeeded();
}
可以看到，这里向binder驱动发送了一个BC_FREE_BUFFER请求，然后binder驱动会负责回收这块缓冲区内存
我们在Parcel::ipcSetDataReference函数中可以发现，它将freeBuffer函数指针赋值给了mOwner，等到什么时候不需要这个Parcel了，便会调用这个函数进行缓冲区内存回收
结束
到这里，我们客户端与binder驱动沟通交互的分析就结束了，相比binder驱动而言，framework层的binder就好理解多了，
更多 Android Framework 知识点参考：
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