Android之IPC5————Binder2 Native層分析
阿新 • • 發佈：2019-01-08
Android之IPC5————Binder2 Native層分析
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一.前言
在上一篇裡，我們介紹了binder機制的簡單介紹，以及binder核心，ServiceManager的啟動。
在上一篇也簡單提過，ServiceManager的作用，即註冊服務，和獲取服務。
在這一篇中，我們中 主要分析native層，主要分析其註冊服務和獲取服務的過程，大致流程就是獲取BpServiceManager，通過它來和Binder驅動進行通訊，ServiceManager在死迴圈中讀寫事物，對註冊服務和獲取服務進行處理，並將結果返回給Binder驅動，binder驅動在將結果返回給客戶端或服務端。
本篇文章主要以下面幾個方面展開：
- 獲取BpServiceManager
- Native層的註冊服務和獲取服務
- Binder核心中的註冊服務和獲取服務
- ServiceManager中的註冊服務和獲取服務的
二.獲取BpServiceManager
1.概述
BpServiceManagerton通過介面IServiceManager實現了介面中的業務邏輯函式(獲取服務，註冊服務)，並通過成員變數mRemote= new BpBinder(0)進行Binder通訊工作
獲取BpServiceManager是通過defaultServiceManager()方法來完成，當程序註冊服務(addService)或 獲取服務(getService)的過程之前，都需要先呼叫defaultServiceManager()方法來獲取gDefaultServiceManager物件。對於gDefaultServiceManager物件，如果存在則直接返回；如果不存在則建立該物件
sp<IServiceManager> defaultServiceManager()
{
if (gDefaultServiceManager != NULL) return gDefaultServiceManager;
{
AutoMutex _l(gDefaultServiceManagerLock); //加鎖
while (gDefaultServiceManager == NULL) {
gDefaultServiceManager = interface_cast<IServiceManager>(
ProcessState::self()->getContextObject(NULL));
if (gDefaultServiceManager == NULL)
sleep(1);
}
}
return gDefaultServiceManager;
}
上面就是獲取BpServiceManager的過程
gDefaultServiceManager = interface_cast<IServiceManager>(
ProcessState::self()->getContextObject(NULL));
上面這行程式碼就是關鍵程式碼，分為3步,即
- ProcessState::self()，獲取ProcessState物件，也是單例
- getContextObject：獲取BpBinder，對於handle = 0的BpBinder物件，存在直接返回，否則建立
- 獲取BpServiceManager物件
2.獲取ProcessState物件
sp<ProcessState> ProcessState::self()
{
Mutex::Autolock _l(gProcessMutex);
if (gProcess != NULL) {
return gProcess;
}
//例項化ProcessState 【見小節2.2】
gProcess = new ProcessState;
return gProcess;
}
獲取ProcessState物件,也是單例模式.
ProcessState的初始化
ProcessState::ProcessState()
: mDriverFD(open_driver()) // 開啟Binder驅動【見小節2.3】
, mVMStart(MAP_FAILED)
, mThreadCountLock(PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER)
, mThreadCountDecrement(PTHREAD_COND_INITIALIZER)
, mExecutingThreadsCount(0)
, mMaxThreads(DEFAULT_MAX_BINDER_THREADS)
, mManagesContexts(false)
, mBinderContextCheckFunc(NULL)
, mBinderContextUserData(NULL)
, mThreadPoolStarted(false)
, mThreadPoolSeq(1)
{
if (mDriverFD >= 0) {
//採用記憶體對映函式mmap，給binder分配一塊虛擬地址空間,用來接收事務
mVMStart = mmap(0, BINDER_VM_SIZE, PROT_READ, MAP_PRIVATE | MAP_NORESERVE, mDriverFD, 0);
if (mVMStart == MAP_FAILED) {
close(mDriverFD); //沒有足夠空間分配給/dev/binder,則關閉驅動
mDriverFD = -1;
}
}
在初始化時開啟Binder裝置，並設定binder支援的最大執行緒數，之後再使用mmap分配記憶體。
3.獲取BpBinder物件
sp<IBinder> ProcessState::getContextObject(const sp<IBinder>& /*caller*/)
{
return getStrongProxyForHandle(0);
}
獲取handle = 0的IBinder。
sp<IBinder> ProcessState::getStrongProxyForHandle(int32_t handle)
{
sp<IBinder> result;
AutoMutex _l(mLock);
//查詢handle對應的資源項
handle_entry* e = lookupHandleLocked(handle);
if (e != NULL) {
IBinder* b = e->binder;
if (b == NULL || !e->refs->attemptIncWeak(this)) {
if (handle == 0) {
Parcel data;
//通過ping操作測試binder是否準備就緒
status_t status = IPCThreadState::self()->transact(
0, IBinder::PING_TRANSACTION, data, NULL, 0);
if (status == DEAD_OBJECT)
return NULL;
}
//當handle值所對應的IBinder不存在或弱引用無效時，則建立BpBinder物件
b = new BpBinder(handle);
e->binder = b;
if (b) e->refs = b->getWeakRefs();
result = b;
} else {
result.force_set(b);
e->refs->decWeak(this);
}
}
return result;
}
4.獲取BpServiceManager
template<typename INTERFACE>
inline sp<INTERFACE> interface_cast(const sp<IBinder>& obj)
{
return INTERFACE::asInterface(obj);
}
在原始碼中INTERFACE::asInterface(obj)使用巨集的模的模擬程式碼。直接寫出替換後的程式碼
const android::String16 IServiceManager::descriptor(“android.os.IServiceManager”);
const android::String16& IServiceManager::getInterfaceDescriptor() const
{
return IServiceManager::descriptor;
}
android::sp<IServiceManager> IServiceManager::asInterface(const android::sp<android::IBinder>& obj)
{
android::sp<IServiceManager> intr;
if(obj != NULL) {
intr = static_cast<IServiceManager *>(
obj->queryLocalInterface(IServiceManager::descriptor).get());
if (intr == NULL) {
intr = new BpServiceManager(obj);
}
}
return intr;
}
IServiceManager::IServiceManager () { }
IServiceManager::~ IServiceManager() { }
所有說IServiceManager::asInterface() 等價於 new BpServiceManager()。
接下來看BpServiceManager的初始化
BpServiceManager(const sp<IBinder>& impl)
: BpInterface<IServiceManager>(impl)
{ }
BpInterface的初始化
inline BpInterface<INTERFACE>::BpInterface(const sp<IBinder>& remote)
:BpRefBase(remote)
{ }
BpRefBase的初始化
BpRefBase::BpRefBase(const sp<IBinder>& o)
: mRemote(o.get()), mRefs(NULL), mState(0)
{
extendObjectLifetime(OBJECT_LIFETIME_WEAK);
if (mRemote) {
mRemote->incStrong(this);
mRefs = mRemote->createWeak(this);
}
}
new BpServiceManager()，在初始化過程中，比較重要工作的是類BpRefBase的mRemote指向new BpBinder(0)，從而BpServiceManager能夠利用Binder進行通過通訊。
5.總結
defaultServiceManager 等價於 new BpServiceManager(new BpBinder(0));
在這個過程中:
- 呼叫open()，開啟/dev/binder驅動裝置；
- 再利用mmap()，建立大小為1M-8K的記憶體地址空間；
- 設定當前程序最大的最大併發Binder執行緒個數為16
- BpBinder通過handler來指向所對應BBinder, 在整個Binder系統中handle=0代表ServiceManager所對應的BBinder。
三.Native層的註冊服務和獲取服務
1.服務註冊
我們以media服務註冊為例
int main(int argc __unused, char** argv)
{
...
InitializeIcuOrDie();
//獲得ProcessState例項物件
sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());
//獲取BpServiceManager物件
sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
AudioFlinger::instantiate();
//註冊多媒體服務
MediaPlayerService::instantiate();
ResourceManagerService::instantiate();
CameraService::instantiate();
AudioPolicyService::instantiate();
SoundTriggerHwService::instantiate();
RadioService::instantiate();
registerExtensions();
//啟動Binder執行緒池
ProcessState::self()->startThreadPool();
//當前執行緒加入到執行緒池
IPCThreadState::self()->joinThreadPool();
}
上面是native層中media服務註冊的過程。
分為下面幾個過程：
- 獲取ProcessState物件
- 獲取ServiceManager物件
- 註冊服務
- 啟動binder執行緒池
- 加入到執行緒池
在這其中，獲取ProcessState物件和獲取ServiceManager物件的過程，在上一小節。
我們主要來看其註冊服務的過程。
void MediaPlayerService::instantiate() {
//註冊服務
defaultServiceManager()->addService(String16("media.player"), new MediaPlayerService());
}
由上一小節可知 defaultServiceManager()返回的是BpServiceManager，所以相當於bpServiceManager呼叫addService。
BpSM.addService
virtual status_t addService(const String16& name, const sp<IBinder>& service, bool allowIsolated) {
Parcel data, reply; //Parcel是資料通訊包
//寫入頭資訊"android.os.IServiceManager"
data.writeInterfaceToken(IServiceManager::getInterfaceDescriptor());
data.writeString16(name);
// name為 "media.player"
data.writeStrongBinder(service);
// MediaPlayerService物件
data.writeInt32(allowIsolated ? 1 : 0);
// allowIsolated= false
//remote()指向的是BpBinder物件
status_t err = remote()->transact(ADD_SERVICE_TRANSACTION, data, &reply);
return err == NO_ERROR ? reply.readExceptionCode() : err;
}
可以看到，在addService中將Service物件和Service名都寫入了data中。
之後呼叫BpBinder物件的transact方法。
2.獲取服務
上面是media在native層註冊服務的過程，下面介紹一下madia服務被獲取的過程
sp<IMediaPlayerService>&
IMediaDeathNotifier::getMediaPlayerService()
{
Mutex::Autolock _l(sServiceLock);
if (sMediaPlayerService == 0) {
sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager(); //獲取ServiceManager
sp<IBinder> binder;
do {
//獲取名為"media.player"的服務
binder = sm->getService(String16("media.player"));
if (binder != 0) {
break;
}
usleep(500000); // 0.5s
} while (true);
if (sDeathNotifier == NULL) {
sDeathNotifier = new DeathNotifier(); //建立死亡通知物件
}
//將死亡通知連線到binder
binder->linkToDeath(sDeathNotifier);
sMediaPlayerService = interface_cast<IMediaPlayerService>(binder);
}
return sMediaPlayerService;
}
上面的程式碼就是請求獲取為”media.player”的服務過程中，採用不斷獲取的過程。
也是先獲BpServiceManager，然後呼叫BpServiceManager的getService方法。
來看其獲取服務的程式碼
virtual sp<IBinder> getService(const String16& name) const
{
unsigned n;
for (n = 0; n < 5; n++){
sp<IBinder> svc = checkService(name); //見下
if (svc != NULL) return svc;
sleep(1);
}
return NULL;
}
通過ServiceManager來獲取服務，檢索服務是否存在，存在直接返回，不存在時。暫停1s後，繼續請求。最多5次
繼續來看checkService(name)過程
virtual sp<IBinder> checkService( const String16& name) const
{
Parcel data, reply;
//寫入RPC頭
data.writeInterfaceToken(IServiceManager::getInterfaceDescriptor());
//寫入服務名
data.writeString16(name);
remote()->transact(CHECK_SERVICE_TRANSACTION, data, &reply); //見下
return reply.readStrongBinder(); //見下
}
可以看出了獲取服務和註冊服務一樣，最終都呼叫了Bpdineder的transact。
3.註冊服務中writeStrongBinder(service)
在註冊服務中，將Service傳入writeStrongBinder中
data.writeStrongBinder(service);
data是Parcel類。
status_t Parcel::writeStrongBinder(const sp<IBinder>& val)
{
return flatten_binder(ProcessState::self(), val, this);
}
status_t flatten_binder(const sp<ProcessState>& /*proc*/,
const sp<IBinder>& binder, Parcel* out)
{
flat_binder_object obj;
obj.flags = 0x7f | FLAT_BINDER_FLAG_ACCEPTS_FDS;
if (binder != NULL) {
IBinder *local = binder->localBinder(); //本地Binder不為空
if (!local) {
BpBinder *proxy = binder->remoteBinder();
const int32_t handle = proxy ? proxy->handle() : 0;
obj.type = BINDER_TYPE_HANDLE;
obj.binder = 0;
obj.handle = handle;
obj.cookie = 0;
} else { //進入該分支
obj.type = BINDER_TYPE_BINDER;
obj.binder = reinterpret_cast<uintptr_t>(local->getWeakRefs());
obj.cookie = reinterpret_cast<uintptr_t>(local);
}
} else {
...
}
return finish_flatten_binder(binder, obj, out);
}
將Binder物件扁平化，轉換成flat_binder_object物件。
- 對於Binder實體，則cookie記錄Binder實體的指標；並且其型別為BINDER_TYPE_HANDLE
- 對於Binder代理，則用handle記錄Binder代理的控制代碼，並且其型別為BINDER_TYPE_BINDER；
4.獲取服務的readStrongBinder()
在獲取服務中，最後返回的是：
return reply.readStrongBinder();
和data一樣，reply也是Parcel類。
sp<IBinder> Parcel::readStrongBinder() const
{
sp<IBinder> val;
unflatten_binder(ProcessState::self(), *this, &val);
return val;
}
呼叫了 unflatten_binder
status_t unflatten_binder(const sp<ProcessState>& proc, const Parcel& in, sp<IBinder>* out) {
const flat_binder_object* flat = in.readObject(false);
if (flat) {
switch (flat->type) {
case BINDER_TYPE_BINDER:
// 當請求服務的程序與服務屬於同一程序
*out = reinterpret_cast<IBinder*>(flat->cookie);
return finish_unflatten_binder(NULL, *flat, in);
case BINDER_TYPE_HANDLE:
//請求服務的程序與服務屬於不同程序
*out = proc->getStrongProxyForHandle(flat->handle);
//建立BpBinder物件
return finish_unflatten_binder(
static_cast<BpBinder*>(out->get()), *flat, in);
}
}
return BAD_TYPE;
}
5.BpBinder.transact
status_t err = remote()->transact(ADD_SERVICE_TRANSACTION, data, &reply);
在註冊服務和獲取服務中，最終都呼叫了上面這行程式碼。即BpBinder.transact方法。
BpBinder.transact
status_t BpBinder::transact(
uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)
{
if (mAlive) {
// code=ADD_SERVICE_TRANSACTION
status_t status = IPCThreadState::self()->transact(
mHandle, code, data, reply, flags);
if (status == DEAD_OBJECT) mAlive = 0;
return status;
}
return DEAD_OBJECT;
}
可以看出在 BpBinder::transact中最終呼叫的是IPCThreadState::self()->transact方法。
先來看看IPCThreadState的初始化過程和self過程
6. IPCThreadState的初始化
初始化：
IPCThreadState::IPCThreadState()
: mProcess(ProcessState::self()),
mMyThreadId(gettid()),
mStrictModePolicy(0),
mLastTransactionBinderFlags(0