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一场恋爱趣讲 Binder通信原理,教你手写Binder进程通信

一场恋爱趣讲 Binder通信原理,教你手写Binder进程通信

作者: 小小小小怪兽_666 | 来源:发表于2020-05-06 14:38 被阅读0次

    为什么会有Binder通信机制,为什么不能用linux中已有的进程框架呢?Google工程师究竟是如何考量的?

    这一切可以通过一场恋爱来理解。

    了解binder之前我们看看原有Linux进程是如何通信的吧!为什么需要在内存中拷贝两次呢?

    在了解Linux进程通信前我们先理解下 恋爱的故事吧!

    故事:

    男孩和女孩在某次旅游一见钟情,而旅行结束的他们不得不返回各自的工作城市

    那个时代还没有微信,由于相隔在不同的城市。相思的他们只能通过邮局抒发彼此爱慕之情

    如果男孩想要给女孩发送信封,需要向本地邮局 寄信。再有全国邮局转发到 女孩所在的本地邮局

    最后由本地邮局送到女孩手中

    在进程中的角色:

    男孩 称为进程A,工作城市A城,女孩称为进程B,工作城市B城

    本地邮局称为用户空间, 全国邮局称为内核空间

    本地邮局是他们离的最近的地方。他们可以接触到本地邮局,可以在邮局中直接收信和发信

    1.1 这是普通linux进程通信的方式

    转换专业术语的图

    进程间,用户空间的数据不可共享(本地邮局是男孩或女孩独有),所以用户空间相当于私有空间。

    进程间,内核空间的数据可共享(全国邮局是所有人共有),所以内核空间 相当于公共空间。

    进程间如果需要做到通信,需要通过共享空间对数据转换。转换过程需要调用系统的api,这个过程称为系统调用。

    问题来了:

    男孩写好信之后,发送信件给本地邮局 , 相当于一次拷贝 我们把这个过程称为(copy_from_user)

    女孩收到当地邮局通知,需要从本地邮局取信。相当于第二次拷贝,我们把这个过程称为(copy_to_user)

    这就是Linux已有进程间通信方式。

    两次拷贝究竟性能怎么样,当然拷贝是非常耗性能的,而两次拷贝可以再优化优化。

    那binder是怎么做到一次拷贝的呢

    1.2接着讲爱情的例子(Binder的实现机制)

    后来在疫情结束后,这个女孩去了全国邮局依赖的快递公司上班去了,所有的信封需要用快递公司来处理,刚好这家快递公司处理的是他们两个城市的信件。

    为了方便收信封,居然还有这操作

    这就给女孩创造了便利,不用去本地邮局取信件

    但是男孩还是要发送信件。binder拷贝也是发生在男孩这个地方copyfromuser,女孩由于在快递公司上班,可以随意浏览男孩的信件。不需要再取信件了。也就减少了从本地邮局取快递这次拷贝过程

    思考:大家还记不记得接收端怎么写的,对! 接收端一定必须是服务Service,接收端不能是其他java对象。Service就是那个女孩。她必须在快递公司上班才能减少一次拷贝。所以这个Service,在通信前会注册在ServiceManager中。而男孩可以是任意对象,出现在任意地方。

    Linux 已有的进程通信,发送端和接收端可以是任意对象。出现在任意类中。但是必须牺牲多拷贝一次

    Android的Binder通信,接受端不能是任意对象,只能是Service,这也节约了一次拷贝,牺牲了开发者的体验

    1.3 Binder少拷贝一次的原理:

    全国邮局 相当于内核空间的内存,所有的应用都与内核空间的内存发生频繁的调用,在Binder中传递数据本质上是通过文件读取来实现的

    大家记不记得Linux系统 是文件操作系统,都是基于文件展开的。进程通信中 File也能实现进程通信

    Binder机制中 在内存与文件中设计了一层映射关系。内核空间的内存是虚的,文件IO是实的。映射指的是内存与文件的映射,映射是通过mmap函数。

    而mmap函数 需要依赖一个文件,这个文件叫做“binder”。对!他没有后缀名,他就是一个文件。但是人们习惯性的把它称为binder驱动。

    我们再来看看实际的是如何映射的

    1. 全国邮局中的A城与B城的信件,相当于内核空间内存一部分虚拟内存区域。
    1. A城与B城的快递公司,相当于文件实体。实际信封是由快递公司转发。邮局与快递公司的合作关系,可以理解内存与文件形成了映射关系(mmap)

    1.4 服务端Service 也通过mmap函数监听文件的变化。

    一旦有信件到达女孩的公司直接读取出来,而不用去本地邮局取信件。

    女孩怎么在公司取出来呢?大家忘记了女孩在快递公司上班呢,快递公司会给员工布置工作内容

    女孩的工作内容是查看快递接收站和发送站的信封

    这样你说能不能看到男朋友发过来的信件,还不用亲自跑到本地邮局,那不是爽歪歪

    绿色部分 是女孩进程,绿色内有两个角色(女孩接触到的 接收站和收发站)

    这一套机制的实现基于 aidl文件编译机制

    在编译时生成了一个继承自Binder中的IInterface接口(女孩)。接口中有这样一个内部类叫Stub(女孩工作接触的接收站)和一个内部类叫Proxy(女孩工作接触的发送站)

    男孩信封到了,女孩直接在 快递接收站查看男孩发过来的信封(Stub中的 onTransact方法)

    女孩思恋男孩,跟男孩发送信封(Proxy中的transact方法)

    Stub与Proxy中所有的方法是native直接调用过来的。参数是直接从内核空间传递过来的,不需要发生拷贝。

    如果女孩需要给男孩发送消息,也不用跑到本地邮局,直接在 快递发送站,插入一个信封就好了(调用Proxy的transct方法)

    减少一次拷贝发生在 服务端service。直接由nativie层 的Binder调起。不需要再次拷贝。

    大家看完了 是不是对整个Binder机制有深刻的认识呢?

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