1.Linux和Android的IPC机制种类

IPC全名为inter-Process Communication，含义为进程间通信，是指两个进程之间进行数据交换的过程。在Android和Linux中都有各自的IPC机制，这里分别来介绍下。

1.1 Linux中的IPC机制种类

Linux中提供了很多进程间通信机制，主要有管道（pipe）、信号（sinal）、信号量（semophore）、消息队列（Message）、共享内存（Share Memory)、套接字（Socket）等。

1.2 Android中的IPC机制

Android系统是基于Linux内核的，在Linux内核基础上，又拓展出了一些IPC机制。Android系统除了支持套接字，还支持序列化、Messenger、AIDL、Bundle、文件共享、ContentProvider、Binder等。

2.Linux和Binder的IPC通信原理

在讲到Linux的进程通信原理之前，我们需要先了解Liunx中的几个概念。

概念

• 内核空间和用户空间
  User space（用户空间）和 Kernel space（内核空间）。内核空间是Linux内核的运行空间，用户空间是用户程序的运行空间。为了保护用户进程不能直接操作内核，保证内核的安全，操作系统从逻辑上将虚拟空间划分为用户空间和内核空间。Linux 操作系统将最高的1GB字节供内核使用，称为内核空间，较低的3GB 字节供各进程使用，称为用户空间。
• 系统调用
  用户空间需要访问内核空间，就需要借助系统调用来实现。系统调用是用户空间访问内核空间的唯一方式，保证了所有的资源访问都是在内核的控制下进行的，避免了用户程序对系统资源的越权访问，提升了系统安全性和稳定性。
  进程A和进程B的用户空间可以通过如下系统函数和内核空间进行交互。
  copy_from_user：将用户空间的数据拷贝到内核空间。
  copy_to_user：将内核空间的数据拷贝到用户空间。
• 内存映射
  由于应用程序不能直接操作设备硬件地址，所以操作系统提供了一种机制：内存映射，把设备地址映射到进程虚拟内存区。
  举个例子，如果用户空间需要读取磁盘的文件，如果不采用内存映射，那么就需要在内核空间建立一个页缓存，页缓存去拷贝磁盘上的文件，然后用户空间拷贝页缓存的文件，这就需要两次拷贝。由于新建了虚拟内存区域，那么磁盘文件和虚拟内存区域就可以直接映射，少了一次拷贝。
  内存映射全名为Memory Map，在Linux中通过系统调用函数mmap来实现内存映射。将用户空间的一块内存区域映射到内核空间。映射关系建立后，用户对这块内存区域的修改可以直接反应到内核空间，反之亦然。内存映射能减少数据拷贝次数，实现用户空间和内核空间的高效互动。

2.1 Linux的IPC通信原理

Linux的IPC通信原理

内核程序在内核空间分配内存并开辟一块内核缓存区，发送进程通过copy_from_user函数将数据拷贝到到内核空间的缓冲区中。同样的，接收进程在接收数据时在自己的用户空间开辟一块内存缓存区，然后内核程序调用 copy_to_user() 函数将数据从内核缓存区拷贝到接收进程。这样数据发送进程和数据接收进程完成了一次数据传输，也就是一次进程间通信。
Linux的IPC通信原理有两个问题：

• 一次数据传递需要经历：用户空间 --> 内核缓存区 --> 用户空间，需要2次数据拷贝，这样效率不高。
• 接收数据的缓存区由数据接收进程提供，但是接收进程并不知道需要多大的空间来存放将要传递过来的数据，因此只能开辟尽可能大的内存空间或者先调用API接收消息头来获取消息体的大小，浪费了空间或者时间。

2.2 Binder的通信原理

Binder是基于内存映射来实现的，大致原理如下图：

Binder的通信原理

Binder通信的步骤如下

• Binder驱动在内核空间创建一个数据接收缓存区。
• 在内核空间开辟一块内核缓存区，建立内核缓存区和数据接收缓存区之间的映射关系，以及数据接收缓存区和接收进程用户空间地址的映射关系。
• 发送方进程通过copy_from_user()函数将数据拷贝 到内核中的内核缓存区，由于内核缓存区和接收进程的用户空间存在内存映射，因此也就相当于把数据发送到了接收进程的用户空间，这样便完成了一次进程间的通信。
  整个过程只使用了1次拷贝，不会因为不知道数据的大小而浪费空间或者时间，效率更高。

（PS：为啥需要两次映射？感觉一次就可以了）

3.Binder优势

• 性能方面
  性能方面主要影响的因素是拷贝次数，管道、消息队列、Socket的拷贝次书都是两次，性能不是很好，共享内存不需要拷贝，性能最好，Binder的拷贝次书为1次，性能仅次于内存拷贝。
• 稳定性方面
  Binder是基于C/S架构的，这个架构通常采用两层结构，在技术上已经很成熟了，稳定性是没有问题的。共享内存没有分层，难以控制，并发同步访问临界资源时，可能还会产生死锁。从稳定性的角度讲，Binder是优于共享内存的。
• 安全方面
  Android是一个开源的系统，并且拥有开放性的平台，市场上应用来源很广，因此安全性对于Android 平台而言极其重要。
  传统的IPC接收方无法获得对方可靠的进程用户ID/进程ID（UID/PID），无法鉴别对方身份。Android 为每个安装好的APP分配了自己的UID，通过进程的UID来鉴别进程身份。另外，Android系统中的Server端会判断UID/PID是否满足访问权限，而对外只暴露Client端，加强了系统的安全性。
• 语言方面
  Linux是基于C语言，C语言是面向过程的，Android应用层和Java Framework是基于Java语言，Java语言是面向对象的。Binder本身符合面向对象的思想，因此作为Android的通信机制更合适不过。

从这四方面来看，Linux提供的大部分IPC机制根本无法和Binder相比较，而共享内存只在性能方面优于Binder，其他方面都劣于Binder，这些就是为什么Android要使用Binder来进行进程间通信，当然系统中并不是所有的进程通信都是采用了Binder，而是根据场景选择最合适的，比如Zygote进程与AMS通信使用的是Socket，Kill Process采用的是信号。

参考文章：https://www.jianshu.com/p/52e15875c81d