IPC中的Binder

在 Android 系统里，Binder 是实现进程间通信（IPC）的核心机制，它具备高效、安全等特性。下面从架构、工作原理、调用流程等方面详细介绍 Binder 的原理。

架构组成

Binder 机制主要由四部分构成：

• Client：发起请求的客户端进程，需要使用其他进程提供的服务时，会通过 Binder 向服务端进程发送请求。
• Server：提供服务的服务端进程，会将自身的服务注册到系统中，等待客户端的请求。
• ServiceManager：作为 Binder 机制的命名服务器，负责管理系统中的所有 Binder 服务。它维护着一个服务名和 Binder 引用的映射表，客户端可以通过服务名从 ServiceManager 获取对应的 Binder 引用。
• Binder 驱动：作为 Linux 内核模块，是 Binder 机制的核心。它负责管理 Binder 设备、分配和管理内存、处理 Binder 通信等底层操作。

工作原理

1. 内存映射

Binder 驱动使用内存映射（mmap）来实现数据的高效传输。服务端进程通过 mmap 系统调用将一块物理内存映射到自己的用户空间和内核空间，客户端进程也可以通过 mmap 将同一块物理内存映射到自己的用户空间。这样，数据在客户端和服务端之间传输时，就不需要进行多次拷贝，只需要在映射的内存区域进行读写操作即可，大大提高了数据传输的效率。

2. 线程池

每个使用 Binder 进行 IPC 的进程都会有一个 Binder 线程池，用于处理来自其他进程的请求。当客户端向服务端发送请求时，Binder 驱动会从服务端的线程池中取出一个线程来处理该请求。这样可以避免单个线程处理过多请求导致的性能问题。

3. 跨进程通信协议

Binder 定义了一套跨进程通信协议，用于规范客户端和服务端之间的通信格式和流程。客户端和服务端通过 Binder 驱动发送和接收特定格式的数据包，这些数据包包含了请求的方法名、参数、返回值等信息。

调用流程

1. 服务注册

• 服务端进程启动后，会创建一个 Binder 对象，并将其注册到 ServiceManager 中。注册时，服务端会提供一个唯一的服务名，ServiceManager 会将该服务名和对应的 Binder 引用存储在自己的映射表中。

// 服务端注册服务示例
ServiceManager.addService("my_service", new MyBinderService());

2. 服务获取

• 客户端进程需要使用服务时，会向 ServiceManager 发送请求，通过服务名获取对应的 Binder 引用。

// 客户端获取服务示例
IBinder binder = ServiceManager.getService("my_service");

3. 远程调用

• 客户端获取到 Binder 引用后，就可以通过该引用调用服务端的方法。客户端会将请求的方法名、参数等信息封装成一个数据包，通过 Binder 驱动发送给服务端。
• Binder 驱动接收到客户端的请求后，会将数据包传递给服务端的 Binder 线程池中的一个线程。该线程会根据数据包中的信息调用服务端的相应方法，并将返回值封装成一个新的数据包，通过 Binder 驱动发送给客户端。

// 客户端调用服务端方法示例
MyServiceInterface service = MyServiceInterface.Stub.asInterface(binder);
service.doSomething();

安全性

Binder 机制在设计上考虑了安全性，主要体现在以下几个方面：

• 身份验证：Binder 驱动会对客户端和服务端的身份进行验证，确保只有合法的进程才能进行通信。
• 权限检查：在服务端处理客户端请求时，可以进行权限检查，只有具有相应权限的客户端才能调用某些方法。
• 数据校验：在数据传输过程中，Binder 机制会对数据进行校验，确保数据的完整性和一致性。

综上所述，Binder 机制通过内存映射、线程池和跨进程通信协议等技术，实现了高效、安全的进程间通信。它是 Android 系统中不可或缺的一部分，为不同进程之间的协作提供了强大的支持。