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Binder系列5—註冊服務(addService)

阿新 • • 發佈：2019-01-08 
framework/native/libs/binder/
  - Binder.cpp
  - BpBinder.cpp
  - IPCThreadState.cpp
  - ProcessState.cpp
  - IServiceManager.cpp
  - IInterface.cpp
  - Parcel.cpp

frameworks/native/include/binder/
  - IInterface.h (包括BnInterface, BpInterface)

一.概述

1.1 media服務註冊

media入口函式是main_mediaserver.cpp中的main()方法，程式碼如下：

int main(int argc __unused, char** argv)
{
    ...
    InitializeIcuOrDie();
    //獲得ProcessState例項物件【見小節2.1】
    sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());
    //獲取BpServiceManager物件
    sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
    AudioFlinger::instantiate();
    //註冊多媒體服務  【見小節3.1
 
】
    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();
 }

過程說明:

  1. 獲取ServiceManager: 講解了defaultServiceManager()返回的是BpServiceManager物件， 用於跟servicemanager程序通訊;
  2. 理解Binder執行緒池的管理, 講解了startThreadPool和joinThreadPool過程.

本文的重點就是講解Native層服務註冊的過程.

1.2 類圖

在Native層的服務以media服務為例，來說一說服務註冊過程，先來看看media的整個的類關係圖。 點選檢視大圖

add_media_player_service

圖解：

  • 藍色代表的是註冊MediaPlayerService服務所涉及的類
  • 綠色代表的是Binder架構中與Binder驅動通訊過程中的最為核心的兩個類；
  • 紫色代表的是註冊服務和獲取服務的公共介面/父類；

1.3 時序圖

先通過一幅圖來說說，media服務啟動過程是如何向servicemanager註冊服務的。

點選檢視大圖

addService

二. ProcessState

2.1 ProcessState::self

[-> ProcessState.cpp]

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;
}

獲得ProcessState物件: 這也是單例模式，從而保證每一個程序只有一個ProcessState物件。其中gProcess和gProcessMutex是儲存在Static.cpp類的全域性變數。

2.2 ProcessState初始化

[-> ProcessState.cpp]

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【見小節2.4】
        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;
        }
    }
}
  • ProcessState的單例模式的惟一性，因此一個程序只打開binder裝置一次,其中ProcessState的成員變數mDriverFD記錄binder驅動的fd，用於訪問binder裝置。
  • BINDER_VM_SIZE = (1*1024*1024) - (4096 *2), binder分配的預設記憶體大小為1M-8k。
  • DEFAULT_MAX_BINDER_THREADS = 15，binder預設的最大可併發訪問的執行緒數為16。

2.3 open_driver

[-> ProcessState.cpp]

static int open_driver()
{
    // 開啟/dev/binder裝置，建立與核心的Binder驅動的互動通道
    int fd = open("/dev/binder", O_RDWR);
    if (fd >= 0) {
        fcntl(fd, F_SETFD, FD_CLOEXEC);
        int vers = 0;
        status_t result = ioctl(fd, BINDER_VERSION, &vers);
        if (result == -1) {
            close(fd);
            fd = -1;
        }
        if (result != 0 || vers != BINDER_CURRENT_PROTOCOL_VERSION) {
            close(fd);
            fd = -1;
        }
        size_t maxThreads = DEFAULT_MAX_BINDER_THREADS;

        // 通過ioctl設定binder驅動，能支援的最大執行緒數
        result = ioctl(fd, BINDER_SET_MAX_THREADS, &maxThreads);
        if (result == -1) {
            ALOGE("Binder ioctl to set max threads failed: %s", strerror(errno));
        }
    } else {
        ALOGW("Opening '/dev/binder' failed: %s\n", strerror(errno));
    }
    return fd;
}

open_driver作用是開啟/dev/binder裝置，設定binder支援的最大執行緒數。關於binder驅動的相應方法，見文章Binder Driver初探。

ProcessState採用單例模式，保證每一個程序都只打開一次Binder Driver。

2.4 mmap

//原型
void* mmap(void* addr, size_t size, int prot, int flags, int fd, off_t offset) //此處 mmap(0, BINDER_VM_SIZE, PROT_READ, MAP_PRIVATE | MAP_NORESERVE, mDriverFD, 0);

引數說明：

  • addr: 代表對映到程序地址空間的起始地址，當值等於0則由核心選擇合適地址，此處為0；
  • size: 代表需要對映的記憶體地址空間的大小，此處為1M-8K；
  • prot: 代表記憶體對映區的讀寫等屬性值，此處為PROT_READ(可讀取);
  • flags: 標誌位，此處為MAP_PRIVATE(私有對映，多程序間不共享內容的改變)和 MAP_NORESERVE(不保留交換空間)
  • fd: 代表mmap所關聯的檔案描述符，此處為mDriverFD；
  • offset：偏移量，此處為0。

mmap()經過系統呼叫，執行binder_mmap過程。

三. 服務註冊

3.1 instantiate

[-> MediaPlayerService.cpp]

void MediaPlayerService::instantiate() {
    //註冊服務【見小節3.2】
    defaultServiceManager()->addService(String16("media.player"), new MediaPlayerService());
}

註冊服務MediaPlayerService：由defaultServiceManager()返回的是BpServiceManager，同時會建立ProcessState物件和BpBinder物件。 故此處等價於呼叫BpServiceManager->addService。其中MediaPlayerService位於libmediaplayerservice庫.

3.2 BpSM.addService

[-> IServiceManager.cpp ::BpServiceManager]

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【見小節3.2.1】
    data.writeInt32(allowIsolated ? 1 : 0); // allowIsolated= false
    //remote()指向的是BpBinder物件【見小節3.3】
    status_t err = remote()->transact(ADD_SERVICE_TRANSACTION, data, &reply);
    return err == NO_ERROR ? reply.readExceptionCode() : err;
}

服務註冊過程：向ServiceManager註冊服務MediaPlayerService，服務名為”media.player”；

3.2.1 writeStrongBinder

[-> parcel.cpp]

status_t Parcel::writeStrongBinder(const sp<IBinder>& val)
{
    return flatten_binder(ProcessState::self(), val, this);
}

3.2.2 flatten_binder

[-> parcel.cpp]

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 {
        ...
    }
    //【見小節3.2.3】
    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；
  • 對於Binder代理，則用handle記錄Binder代理的控制代碼；

關於localBinder，程式碼見Binder.cpp。

BBinder* BBinder::localBinder()
{
    return this;
}

BBinder* IBinder::localBinder()
{
    return NULL;
}

3.2.3 finish_flatten_binder

inline static status_t finish_flatten_binder(
    const sp<IBinder>& , const flat_binder_object& flat, Parcel* out)
{
    return out->writeObject(flat, false);
}

將flat_binder_object寫入out。

3.3 BpBinder::transact

[-> BpBinder.cpp]

status_t BpBinder::transact(
    uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)
{
    if (mAlive) {
        // code=ADD_SERVICE_TRANSACTION【見小節3.4】
        status_t status = IPCThreadState::self()->transact(
            mHandle, code, data, reply, flags);
        if (status == DEAD_OBJECT) mAlive = 0;
        return status;
    }
    return DEAD_OBJECT;
}

Binder代理類呼叫transact()方法，真正工作還是交給IPCThreadState來進行transact工作。先來 看看IPCThreadState::self的過程。

3.3.1 IPCThreadState::self

[-> IPCThreadState.cpp]

IPCThreadState* IPCThreadState::self()
{
    if (gHaveTLS) {
restart:
        const pthread_key_t k = gTLS;
        IPCThreadState* st = (IPCThreadState*)pthread_getspecific(k);
        if (st) return st;
        return new IPCThreadState;  //初始IPCThreadState 【見小節3.3.2】
    }

    if (gShutdown) return NULL;

    pthread_mutex_lock(&gTLSMutex);
    if (!gHaveTLS) { //首次進入gHaveTLS為false
        if (pthread_key_create(&gTLS, threadDestructor) != 0) { //建立執行緒的TLS
            pthread_mutex_unlock(&gTLSMutex);
            return NULL;
        }
        gHaveTLS = true;
    }
    pthread_mutex_unlock(&gTLSMutex);
    goto restart;
}

TLS是指Thread local storage(執行緒本地儲存空間)，每個執行緒都擁有自己的TLS，並且是私有空間，執行緒之間不會共享。通過pthread_getspecific/pthread_setspecific函式可以獲取/設定這些空間中的內容。從執行緒本地儲存空間中獲得儲存在其中的IPCThreadState物件。

3.3.2 IPCThreadState初始化

[-> IPCThreadState.cpp]

IPCThreadState::IPCThreadState()
    : mProcess(ProcessState::self()),
      mMyThreadId(gettid()),
      mStrictModePolicy(0),
      mLastTransactionBinderFlags(0)
{
    pthread_setspecific(gTLS, this);
    clearCaller();
    mIn.setDataCapacity(256);
    mOut.setDataCapacity(256);
}

每個執行緒都有一個IPCThreadState，每個IPCThreadState中都有一個mIn、一個mOut。成員變數mProcess儲存了ProcessState變數(每個程序只有一個)。

  • mIn 用來接收來自Binder裝置的資料，預設大小為256位元組；
  • mOut用來儲存發往Binder裝置的資料，預設大小為256位元組。

3.4 IPC::transact

[-> IPCThreadState.cpp]


            
  

           

              
              

            

            
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