Binder跨进程通信机制

一、相关概念

1. 进程空间
   把进程空间分为用户空间和内核空间。进程间：用户空间不可共享，内核空间可以共享，所有进程共用一个内核空间。用户空间和内核空间的交互通过系统调用。

copy_from_user：将数据从用户空间拷贝到内核空间
copy_to_user：将数据从内核空间拷贝到用户空间

2. 进程隔离

在Linux中，虚拟内存机制为每个进程分配了线性连续的内存空间，OS将这种虚拟内存空间映射到物理内存空间。-->每个进程都有自己的虚拟内存空间，不能操作其他进程的内存空间，每个进程只能操作自己的虚拟内存空间，只有OS才能有权限操作物理内存空间和设备。

3. 用户空间（User Space）和内核空间（Kernel Space）

操作系统中安全边界的概念就像环路概念一样，一个环上持有一个特定的权限组。Intel支持四层环，但是Linux只使用了其中的两环（0号环持有全部权限，3号环持有最少权限，1号和2号环未使用）。系统进程运行在0号环，用户进程运行在3号环，如果一个用户进程需要其他高级权限，必须从3号环过渡到0号环，过渡需要一个安全参数的检查，这种过渡称为系统调用，在执行过程中会产生一定数量的计算开销。

系统调用（System Call）
系统调用是用户进程和内核交互的接口。系统调用把用户进程的请求传给内核，调用相应的内核函数完成所需处理，将处理结果返回给用户进程。

图来自“小海窝”

4. JNI（Java Native Interface）

5. Dalvik Virtual Machine（DVM）与JVM

   
   
   DVM与JVM区别

JVM运行字节码过程

DVM运行字节码过程

6. 跨进程通信基本原理

• 发送进程使用系统调用将要发送的数据拷贝到内核缓冲区（使用copy_from_user ，数据拷贝一次）
• 内核服务程序唤醒接收进程的接收数据线程，接收进程通过系统调用将数据读取到用户空间，完成数据传送。（使用copy_to_user，数据拷贝一次）
  
  跨进程通信基本原理

由于传统的跨进程通信：1）效率低下：需要进行2次数据拷贝；2）内核缓存区由接收进程提供，但接收方并不知道应该提供多大的缓存才能满足需求。故出现了Binder跨进程通信机制

二、Binder跨进程通信机制

模型图

模型图

核心原理

核心原理

1. Binder驱动

• 在内核空间创建一块接收缓存区，
• 实现地址映射：将内核缓存区、接收进程用户空间映射到同一接收缓存区

2. 发送进程通过系统调用（copy_from_user）将数据发送到内核缓存区。由于内核缓存区和接收进程用户空间存在映射关系，故相当于也发送了接收进程的用户空间，实现了跨进程通信。

模型原理步骤

1. 注册服务

• Server进程向Binder驱动发起服务注册请求
• Binder驱动将注册请求传递给Service Manager进程
• Service Manager注册Service

此时Service Manager 进程拥有了Server进程的信息

2. 获取服务

• Client进程向Binder驱动发起获取服务的请求（传递想要获取的服务名称）
• Binder驱动将请求传递给Service Manager进程
• Service Manager进程根据服务名查询Service
• 通过Binder驱动将上述服务信息返回给Client

Client进程已经和Server进程建立了连接

3. 使用服务

1. Binder驱动为跨进程通信做准备

• 在内核空间创建接收缓存区
• 实现地址映射

2. Client进程将参数发送给Server进程

• Client进程通过系统调用（copy_from_user）将数据发送到内核缓存区（由于内核缓存区和接收进程用户空间存在映射关系，故相当于也发送了接收进程的用户空间，实现了跨进程通信）
• Binder驱动通知Server进程执行解包

3. Server进程根据Client进程要求执行目标方法

• Server进程收到Binder驱动通知后，Server进程从线程池中取出线程进行数据解包、并执行目标方法
• 将执行结果写到自己的共享内存中

4. Server进程将最终执行结果返回给Client进程

• Server进程将最终结果写入到存在映射的用户空间内存区域中（由于内核缓存区和接收进程用户空间存在映射关系，故相当于也发送了内核缓存区中）
• Binder驱动通知Client进程获取返回结果
• Client进程通过系统调用（copy_to_user）从内核缓存区接收最终返回结果。

参考文

小海2106_郭霖_Android Binder Analysis(1)
Carson_Ho_图文详解 Android Binder跨进程通信的原理