Linux程序通訊機制

Linux 系統中有萬物皆檔案的說法，虛擬檔案系統（VFS）是 Linux 對外的介面，任何程式都必須通過這層介面來使用它。

為了避免系統安全問題(越權訪問)，程序間記憶體無法共享，資料互動就得采用特殊的通訊機制(IPC)。

程序劃分使用者空間(不可共享)跟核心空間(可共享)，並且所有程序都共享一個核心空間；

Linux 系統中，主要通過 copy_from_user() 跟 copy_to_user() 函式來進行跨程序資料的互動。

互動流程

當 Client 向 Server 發起 IPC 請求時(互動)，Client 會先將資料從使用者空間拷貝到核心空間，驅動程式在將核心空間中的資料拷貝到 Server 中，完成 Client 向 Server 程序間資料傳輸。

缺點：效能低，需要兩次記憶體拷貝，而且無法得知接收資料的大小，記憶體消耗大。

共享記憶體

通過 shmget() 函式申請記憶體共享(虛擬的臨時檔案)，但不是在核心中；

通過 shmat() 函式把共享記憶體對映到使用者空間，成功返回記憶體地址，通過這個地址來進行資料的讀寫

無需記憶體拷貝，使用簡單，但不適合併發場景，資料同步不及時，所以通常跟訊號量配合，達到同步的控制。

訊號 Signal

需要拷貝兩次記憶體，傳送訊號通知，可以跨程序接收，無法傳輸複雜資料，主要用於同步。

訊號量 Semaphore

類似同步鎖，資源競爭時互斥訪問，可以看作一個計數器，用來記錄記憶體存取狀況；

根據數值來判斷，資源在一個時刻只有一個程序(執行緒)所持有，如果有程序持有會進入休眠佇列等待喚醒。

管道

需要拷貝兩次記憶體，首先呼叫系統函式建立管道，同時會在核心中建立虛擬檔案，通過對虛擬檔案的讀寫(不能同時進行)來達到互動的目的，傳輸資料不能超過4k，否則會阻塞管道。

PIPE - 單向管道，一端只能讀，另一端只能寫，pipe是匿名的，只支援父子和兄弟程序之間的通訊。

FIFO - 雙向管道，可以讀也可以寫，能保證資料順序，建立管道後需要呼叫 open 函式開啟檔案才能操作。

Android 主執行緒中的 Looper 喚醒，native 層的 Looper 使用的是 pipe 匿名管道，寫入資料時會重新喚醒管道。

缺點：管道速度慢，且匿名管道只能父子通訊，容量也有限。

訊息佇列

需要拷貝兩次記憶體，佇列是一個訊息連結串列，訊息都包含識別符號，不同程序可以根據訊息型別識別符號來對這個連結串列進行操作。

佇列本身是非同步的，還可以實現模組之間的解耦，Handler 執行緒通訊也使用了訊息佇列。

ContentProvider

啟動時會通過 AMS 註冊服務，然後可以通過 URI 來獲取 Binder 引用，從而獲取到 Server 方法進行互動。

Socket

需要拷貝兩次記憶體，開銷大，不安全。

HTTP TCP UDP 概括總結

Binder 機制

Binder 是 Android IPC 的基礎，像是一個粘合劑或者中轉站，把 client、server、service manager(三者為不同程序)粘合一起。

雖然 Linux 中有管道、佇列、socket 等程序通訊方式，但是 Binder 在效能(一次拷貝)、安全(app應用具有 id 標識可以更好鑑別身份)等方面更出色。

劃分

Binder 記憶體被劃分為使用者空間(應用程式)和核心空間(核心和驅動)，這樣使用者空間崩潰了，核心空間也不會受到影響；

Client、Server 和 ServiceManager(管理 Service 註冊與查詢) 都執行在使用者空間上的不同程序中，Binder 驅動程式執行在核心空間。

Client、Server 和 ServiceManager的互動也是基於 Binder，Binder 跟 ServiceManager 屬於系統自帶。

Binder 互動

首先，Server 通過 Binder 向 Service Manager 註冊服務，等於告訴 ServiceManager 它有什麼功能；

然後 Client 呼叫 Binder 向 Service Manager 查詢 Server 中的資訊，Service Manager 查詢完畢後返回一個 Proxy 代理物件；

最後 Client 通過代理物件，進行呼叫後在傳送給 Binder 驅動，最後 Server 執行後把返回值傳送給驅動，驅動再轉發給 Client（App） 程序。

傳統的跨程序互動需拷貝資料2次，Binder 只需要拷貝一次記憶體，主要是使用到了記憶體對映；

Binder 在核心空間和接收程序的使用者空間中會建立一個共享記憶體，達到一次拷貝的目的。

mmap 記憶體對映

把程序虛擬地址和檔案實體地址進行關聯，使得二者存在對映關係，程序就可以採用指標的方式操作這段記憶體。

呼叫 linux 系統下的函式 mmap，作用是虛擬記憶體區域和共享物件建立對映關係，提高資料的讀、寫，減少了資料拷貝次數，以達到記憶體複用。

start activity

Intent Activity 跳轉使用的 Binder，由於 Binder 傳輸資料有大小限制的，資料超過大小就會報錯(手寫open，mmap就可以突破這個限制)， Binder 主要用於頻繁通訊而存在。

content provider

底層使用 Binder，而 Binder 執行緒數預設最大為16，超過會阻塞執行緒，所以只能支援16個執行緒同時併發。

優缺點

高效 - 只需要拷貝一次記憶體;

安全性高 - 每個程序都有 UID,PID 身份標識，容易鑑別身份；

ALDL

Android 提供了 ALDL 來進行跨程序之間的通訊，通過 Binder 實現的一個簡化封裝的工具。

Service

執行在主執行緒上，不可以執行耗時操作，否則會 ANR，不同 Activity 可以很好去控制 service。

使用

啟動 service 可以在後臺執行計算處理，繫結 service 可以跟元件進行互動。

start 方式開啟(stop 關閉)的 service，在該 Activity 銷燬後仍會執行，無法獲取服務中的值；

onCreate -> onStartCommand -> onDestroy

bind 方式開啟(unBind 關閉)的 service，依賴繫結的 Context，該 Context 所在活動銷燬後會停止，可以通過 binder 獲取返回結果。

onCreate -> onBind -> onUnBind -> onDestroy

預設為後臺服務，容易被系統回收，也可以設定成前臺服務，不容易被回收。

public class MyService extends Service {    

    @Override  
    public void onCreate() {  
        super.onCreate();  
        Notification notification = new Notification(...);  
        ...
        startForeground(1, notification);  
    }   
} 

互動

1.通過 intent 傳遞，onStartCommand 中獲取。

2.通過 binder 物件傳遞：

bindService 時把 ServiceConnection(重寫方法中獲取到 binder 物件) 類當做引數，Service 中 onBind 返回自定義的 binder 物件。

    @Override
    public IBinder onBind(Intent intent) {
       return new MyBinder();
    }
    public class MyBinder extends android.os.Binder{
        public void setData(int count){
            MyService.this.count = count;
        }
    }

3.回撥傳值。

關閉

Service 必須在既沒有跟 Activity 關聯又處於停止狀態時才會被銷燬。

如果同時使用了 start 跟 bind 方式開啟服務，需要同時呼叫兩者的關閉方法去停止服務。

IntentService

Service 的子類，會建立單獨的執行緒，在 onHandleIntent 方法中執行耗時操作，結束後自動停止。