Binder架构

一、架构

如上图，binder 分为用户层和驱动层两部分，用户层有客户端（Client）、服务端（Server）、服务管理（ServiceManager）。

从用户空间的角度，使用步骤如下（三者关系）：

• Server 往 ServiceManager 注册服务；
• Client 从 ServiceManager 获取服务；
• Client 使用获取到服务功能。

但其实，三者并不是直接通信的，而是各自调用 binder 驱动（ioctl），由 binder 驱动来做通信转发。这一部分是封装在 Binder API 里的，应用使用时完全不需要关心。

为什么这么设计？

比如，我们开发有一个进程A，想开发一个功能，让手机的手电筒打开；但是，手电筒只有进程B的 OpenLed 函数可以控制；这在商业项目中非常常见，模块高内聚，低耦合，职责非常单一。要做到进程A直接调用进程B的 OpenLed 函数（前面说的RPC），这个时候，进程A就是Client，进程B是Server；进程A，首先找到Binder的大管家ServiceManager获取进程B的句柄handle（进程B提前已经告诉（注册）大管家自己的句柄id是啥了），接着，进程A将 OpenLed 需要的参数进行打包封装，然后通过ioctl拷贝给内核里面的 Binder驱动，驱动拿到这些数据之后，寻思着这是发给谁的呢？一看数据包裹里面的handle就明白了，于是将数据转给（这儿其实是mmap，先有点印象别计较）进程B，进程B拿到之后，看看进程A是想调用我哪个函数？里面有个code给函数编号了，于是乎，进程B就去调用自己本地的OpenLed ，手电筒就打开了。

当然，进程B打开手电筒之后还可以将函数的执行结果信息（返回值，出参啥的）返回给进程A，这个不影响理解，先不管。

下面看看这三个进程分别干了什么：

Client进程：
        open驱动；
        获取服务（向ServiceManager查询服务，获得一个handle）；
        向handle发数据；
ServiceManager进程：（下文简写为sm）
        open驱动；
        告诉驱动，我是service manager，我是大管家，以后所有的服务要想使用binder，

        必须告诉我他们叫啥，handle是多少。
        然后就是循环：
                从驱动读取数据；
                解析数据；
                处理数据；其实我们使用sm的功能相对单一，就是两种：注册服务

                （将服务名添加到自己的链表中）和获取服务（从链表查找服务，返回服务handle）；
Server进程：
        open驱动；
        注册服务；将自己的服务名发给大管家sm；
        循环：
                从驱动读取数据；
                解析数据，并调用对应的函数；
                返回数据；

二、Binder的作用

到此，我们理解了 CS 架构的优点，以及它的大致原理，但是可能会产生一个疑问：

CS架构看起来并不是和 Binder 强绑定的，使用任意的进程通信方法都可以支撑这个CS架构，那为啥非 Binder 不可呢？

原因就是两个字：效率。

这里包含了运行效率和使用效率。

运行效率高，指的是 Binder 仅需要进行一次数据拷贝。什么意思呢？通常来说，进程间的通信都需要拷贝两次数据：

“进程A --（拷贝到）-- 内核”，“内核 --（拷贝到）-- 进程B”。

而 Binder 的 Server 端，用户空间和内核空间的是做了内存映射的，所以内核和 Server 应用之间的拷贝就可以省了。别小看这一次拷贝，这在 Binder 作为主力 IPC 方法而被大量频繁调用的安卓系统中，节省下来的开销还是很客观的。

相信有人可能又有疑惑了，那共享内存不是更节省开销吗，共享内存一次拷贝都不需要了。这里就不得不提到第二点“使用效率”了。

贡献内存最大的缺点之一就是难以同步，这得在两端约定一套协议规则才行，并且这在服务端对应多个客户端的时候，变得更加麻烦。

相信没人希望没实现一个功能，就要对大量的基础通信的开发调试吧？

所以，Binder 帮大家做好了，Binder 就像是是“半个共享内存 + 进程同步管理”。

三、通信原理

1、Binder底层使用到mmap

Binder是基于内存映射mmap设计实现的，通过这种方式，直接操作映射的这一部分内存，通过mmap，Binder通信时，只需要经历一次数据复制，从而获得更好的性能。

2、一次Binder IPC通信的过程分为以下几个步骤：

首先，Binder驱动在内核空间中开辟出一个数据接收缓冲区
接着，在内核空间中开辟出一个内核缓冲区
将内核缓冲区与数据接收缓冲区建立映射关系
将数据接收缓冲区与接收进程的用户空间地址建立映射关系
发送方进程通过copy_from_user将数据从用户空间复制到内核缓冲区
由于内核缓冲区与数据接收缓冲区有映射关系，同时数据接收缓冲区与接收进程的用户空间地址有映射关系，所以在接收进程中可以直接获取到这段数据

3、这样便完成了一次Binder IPC通信，它的原理如下图所示：