1.Android Binder机制原理解析
2.深度分析Binder线程池的启动流程
3.一文分析Binder机制和AIDL的理解
4.Android Framework——Binder 监控方案
5.Android小白学习之路(5)——Binder介绍
6.Android进阶——Android跨进程通讯机制之Binder、IBinder、Parcel、
Android Binder机制原理解析
在开发中,跨进程通信是常见需求,Android系统提供了Binder机制解决这一问题。源码之家 宿舍管理Binder是进程间通信的核心,系统如ActivityServiceManager、AMS、IMS等都依赖于其底层支持。
Binder机制的优势在于它提供了一种高效且灵活的通信方式。与Socket、消息队列和内存共享等传统IPC方式相比,Binder在Android系统中实现了更高级的进程间通信。
进程间通信原理中,动态内核可加载模块使Binder驱动得以在Linux内核中运行,内存映射技术则实现高效数据交换。内存映射通过mmap()实现,确保用户空间与内核空间的实时同步,减少数据拷贝次数,提升性能。
在实际应用中,Client通过名字向ServiceManager获取Binder实例,而Server通过Binder驱动向ServiceManager注册服务。ServiceManager作为中介,负责处理Binder的注册与获取请求,实现进程间通信。Binder驱动在其中提供底层操作支持,包括建立通信、传递Binder等。
对象传递是Binder机制的关键。当Client请求访问Server对象时,实际上传递的是对象代理,而非对象本身。代理对象会将调用请求转发给Server对象,完成数据交换。这一过程为同步操作,确保了通信的可靠性和稳定性。
本文旨在深入理解Binder机制,包括其原理、运行机制和对象传递方式。通过分析,读者可以对Android系统中的进程间通信有更全面的认识,为实际开发提供理论支持。
深度分析Binder线程池的启动流程
理论基础Binder
Binder它是Android中的一种进程间通信机制,它主要采用的是CS架构模式。Binder框架中主要涉及到4个角色Client、Server、ServiceManager及Binder驱动,其中Client、Server、棋牌源码ServiceManager运行在用户空间,Binder驱动运行在内核空间。
线程池线程池它是一种用于多线程处理形式,处理过程中将任务添加到队列,然后在创建线程后自动启动这些任务。线程池线程都是后台线程。每个线程都使用默认的堆栈大小,以默认的优先级运行,并处于多线程单元中。
简单的说:线程池就是创建一些线程,它们的集合称为线程池。
Binder线程池启动流程我们知道一个新的app应用程序进程在创建完成之后,它会通过调用RunTimeInit类的静态成员函数zygoteInitNative来进行启动Binder线程池。
Binder线程池启动过程中,主要调用几个关键函数:ZygoteInitNative--->onZygoteInit--->startThreadPool。
下面的源码分析主要是以android5.0版本为例。
ZygoteInitNative源码分析由于ZygoteInitNative函数是java实现的代码,实践上最终调用的是由C++实现的JNI方法。以下代码来源于系统的/frameworks/base/core/jni/androidRuntime.cpp文件中
staticvoidcom_android_internal_os_RuntimeInit_nativeZygoteInit(JNIEnv*env,jobjectclazz){ //gCurRuntime是个全局的变量,后面跟上的是另外实现的方法。gCurRuntime->onZygoteInit();}onZygoteInit源码分析onZygoteInit函数在需要源码的位置:/frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp文件中。
该函数是个虚函数,并且是一个无返回值和无参数的函数virtualvoidonZygoteInit(){ //Re-enabletracingnowthatwe'renolongerinZygote.atrace_set_tracing_enabled(true);//获取进程的状态信息sp<ProcessState>proc=ProcessState::self();//打印日志信息ALOGV("Appprocess:startingthreadpool.\n");//启动线程池proc->startThreadPool();}startThreadPool源码分析startThreadPool系统实现在\frameworks\native\libs\binder\ProcessState.cpp文件中。
每一个支持Binder进程间通信机制的进程内都有一个唯一的ProcessState对象,当这个ProcessState对象的成员函数StartThreadPool函数被第一次调用的时候,它就会在当前进程中启动一个线程池,并将mThreadPoolStarted这个成员变量设置为true。
//该函数是个无参数,无返回值的函数voidProcessState::startThreadPool(){ AutoMutex_l(mLock);//判断线程池是否启动状态,启动的话就将标志信息设置为true属性。if(!mThreadPoolStarted){ mThreadPoolStarted=true;spawnPooledThread(true);}}总结Binder在android底层中是一个非常重要的机制,我们在实际的项目调用过程中,我们在app应用程序中只要实现自己的Binder本地对象的时候,跟其他服务一样,只需要将它进行启动起来,并且进行注册到ServerMananger就可以了。至于内部的实现一般是不需要去关心的。
一文分析Binder机制和AIDL的理解
理解Android进程间通信的关键在于Binder机制,这是Android系统用于不同进程间交互的基础。不理解此机制,阅读源码时会面临诸多困难,难以把握系统深层次的逻辑与实现。尤其在遇到复杂问题时,深入理解进程间通信原理至关重要。
Binder机制的引入主要是为了弥补Linux进程中其他通信方式在性能与安全性方面的不足。尽管Binder并非Android的原创技术,其源自更早的OpenBinder项目,但它已经成为Android进程间通信的核心手段。Binder机制通过代理对象实现进程间的数据交换,确保跨进程操作的源码高效与安全。
在Android中,Binder代理是进程间通信的桥梁。当两个应用或进程需要交互时,它们之间不能直接通信,而必须通过Binder实现。同样,应用调用系统服务时,也需通过Binder进行跨进程通信。常见的系统服务如ActivityManagerService(AMS)、WIFI、定位、媒体服务等,都需要通过Binder机制与应用进程交换信息。
Binder本身是一个实现IBinder接口的Java类,它并非底层驱动,而是Android系统各层通信代码的集合。要理解Binder机制,需要从底层驱动到应用层逐步剖析,耐心分析其代码结构。
理解AIDL的关键在于其如何简化进程间通信的复杂性。尽管AIDL与实现进程间通信无关,它通过生成的代码模板减少了开发者的负担,降低了出错概率。通过对比使用AIDL与不使用AIDL实现的进程间通信代码,可以更清晰地理解AIDL生成的类是如何构建客户端与服务端之间的桥梁。
实现进程间通信的示例代码展示了一个简单的客户端和服务端应用。在不使用AIDL的情况下,客户端通过直接调用IBinder对象的transact方法实现通信,这直接展示了Binder通信的核心逻辑。而在使用AIDL的情况下,客户端与服务端通过生成的类实现通信,AIDL生成的Stub类与Proxy类简化了这一过程,使得客户端更容易地与服务端交互,而服务端通过实现Stub类中的方法处理通信请求。
总结来说,理解AIDL是为了更高效、更简洁地实现进程间通信,而Binder机制则是Android系统实现这一目标的核心技术。通过深入理解这两个组件,开发者可以更有效地与系统交互,提升应用的性能与稳定性。
Android Framework——Binder 监控方案
在Android应用开发中,Binder作为普遍使用的IPC机制,监控其主要出于以下目的:一,监控特定系统服务,借助ServiceManager和AIDL设计,通过动态代理替换当前进程对应的Proxy对象实现监控;二,实现进程内全局Binder监控,需考虑拦截transact方法。
针对监控需求,cms源码ProxyTransactListener在Android 引入,可在Binder调用前后触发回调,适用于SystemUI监控主线程的Binder调用。尽管ProxyTransactListener和相关接口被隐藏,但可绕过限制,通过动态代理创建实例,实现对进程内Java Binder调用的全局监控。
绕过hidden api限制的方案包括在Android 系统禁用元反射后,使用Native线程Attach获取JNIEnv,构造没有Java caller的情况。原理在于系统在回溯Java堆栈找不到caller时,信任调用不做hidden api拦截,实现全局hidden api白名单。此方案简单且兼容性好,但存在缺点,即无法监控Native的Binder调用。
基于JNI Hook可以hook BinderProxy.transactNative,实现全版本进程内Java Binder调用的全局监控,获取完整参数和返回结果。JNI Hook基于JNI边界hook Java对应的Native函数实现,稳定性较高。具体操作是找到原Native函数并替换,无需手动触发Binder调用。考虑到BpBinder.transact为导出虚函数且动态绑定,直接PLT Hook libbinder.so中对该函数的调用即可。
拦截BpBinder.transact调用后,获取Binder对象的描述符及传输数据大小,通过调用导出接口实现。String处理需自定义类,利用其稳定布局及私有属性mString。通过调用Parcel::dataSize接口获取数据大小,并声明空类承接data参数实现引用转换。
监控Binder调用仅是第一步,关键在于数据处理,挖掘IPC耗时卡顿和数据过大导致的问题。堆栈信息、调用描述符和code是定位问题的重要信息。了解Android Framework框架中的核心知识点对开发者至关重要,推荐《Android Framework学习手册》,几乎覆盖了Framework相关的知识点,包括Handler、Binder、AMS、WMS、PMS、事件分发机制、UI绘制等,还有Android面试题。
深入理解Android Framework底层对现代Android开发至关重要,因为它提供了基础服务和API,源码之家使得应用能够与操作系统进行交互和通信。
Android小白学习之路(5)——Binder介绍
Binder是Android系统中实现进程间通信(IPC)的关键类,它通过IBinder接口提供跨进程通信能力。从系统架构的角度,Binder充当ServiceManager连接各Manager和服务的桥梁,为应用层提供服务端和服务间的通信媒介。具体应用中,Binder主要用于Service,包含AIDL和Messenger,其中普通Service不涉及进程间通信,而Messenger底层基于AIDL实现。
在开发中,AIDL(Android Interface Definition Language)作为接口定义语言,用于描述服务端和客户端通信接口,生成用于IPC的代码。通过AIDL,开发者可以定义服务方法,自动生成相应的Binder类,从而实现应用间的数据共享。例如,通过绑定服务调用方法获取书籍列表并添加书籍。
在创建示例时,首先定义Book类表示图书信息,实现Parcelable接口。接着创建Book.aidl文件描述Book类,BookController.aidl文件定义接口,包括获取图书列表和添加书籍的方法。系统会根据AIDL文件自动生成BookController.java类,该类继承IInterface接口,用于承载Binder的功能。
BookController.java类声明了getBookList()和addBook()方法,分别对应BookController.aidl中的方法。通过内部类Stub,实现服务端和客户端之间的调用,根据进程位置选择不同的代理类。此外,onTransact()方法处理跨进程调用,确定调用方法并执行,返回结果或异常。
客户端通过transact()方法发起请求,调用服务端方法。服务端接收到请求后,通过onTransact()方法处理调用,执行对应方法并将结果返回。客户端通过Parcel对象接收返回值,完成数据交换。
值得注意的是,Binder的管理方法linkToDeath()和unlinkToDeath()确保服务端异常终止时,客户端能够及时察觉并恢复连接,避免功能中断。
总之,通过分析Binder的工作原理,包括其方法和机制,理解了进程间通信的基础。结合Serializable和Parcelable接口的介绍,对IPC的基础内容有了全面了解。未来将探讨更多进程间通信方式。
Android进阶——Android跨进程通讯机制之Binder、IBinder、Parcel、
前言:
Binder机制是Android系统提供的跨进程通讯机制,这篇文章会从基础概念知识开始介绍,引出Binder机制,并归纳其在Linux系统中的优缺点。接着分析Binder的通信模型和原理,重点介绍AIDL实现原理,以及AMS的Binder体系。文章将穿插介绍IBinder、Binder、Parcel等关键组件,旨在为读者提供易于理解的阅读体验,不涉及Framework层的深度原理,适用于具备AIDL使用基础的读者。
基础概念:
本文将从Linux相关基础概念出发,介绍进程隔离、用户空间与内核空间、系统调用与内核态/用户态,以及内核模块/驱动,帮助读者理解Binder驱动出现的原因。
一、进程隔离
为了保证安全,Linux系统中的进程不能操作其他进程的数据。通过虚拟内存机制,每个进程拥有独立的线性连续内存空间。操作系统将虚拟内存空间映射到物理内存,实现进程间的隔离。然而,进程间的数据通讯是不可避免的,因此需要跨进程通信机制。
二、用户空间与内核空间
用户空间表示进程运行在特定操作模式中,无权接触物理内存或设备。内核空间则是独立于应用程序,可以访问受保护的内存空间和底层硬件设备。用户进程通过系统调用与内核空间进行交互。
三、系统调用与内核态/用户态
系统调用是用户空间访问内核空间的唯一方式。在Linux系统中,通过四层环的概念,安全边界得以实现,其中1号环持有最高权限,3号环持有最低权限。用户进程需通过系统调用实现跨权限访问。
四、内核模块与驱动
内核模块/驱动通过系统调用实现用户空间与内核空间之间的通信。在Android系统中,Binder驱动作为运行在内核空间的模块,负责各个用户进程间的通讯,实现了进程间的高效、安全通信。
五、总结
将前面的概念综合理解,可以更好地消化知识点:进程隔离导致内存隔离、进程间通信需求、系统调用与内核模块/驱动的使用。Binder驱动正是内核模块/驱动中的关键组件,用于实现Android系统的跨进程通信。
为什么要用Binder:
Binder机制相较于Linux系统提供的其他跨进程通信方式,如管道、消息队列、信号量、内存共享、套接字等,具有传输性能好、安全性强等优势。
Binder通信模型与原理:
模型包括服务端注册、客户端获取服务、通信过程。服务端通过Binder驱动在ServiceManager中注册,客户端通过Binder驱动获取并进行通信。
Binder对象与驱动:
Binder驱动对具有跨进程传递能力的对象进行特殊处理,自动完成代理对象与本地对象的转换,保存了每个跨越进程的Binder对象的相关信息。
Java层的Binder与AIDL:
Binder类和BinderProxy类继承自IBinder,具备跨进程传输能力。IBinder是远程对象的基本接口,用于高性能的远程调用。AIDL生成的Stub类继承自Binder,实现了远程服务与客户端的交互。
AIDL实现流程:
服务端实现Stub接口,客户端通过bindService回调获取AIDL接口。调用Stub.asInterface获取BinderProxy对象,进而调用add方法。AIDL原理包括Stub类、asInterface方法、add方法的实现,以及数据传输过程。
AMS的Binder体系:
AMS作为Android核心服务,负责组件启动、切换、调度及应用进程管理。Binder体系在其中发挥关键作用,实现高效、安全的进程间通信。
结语:
本文简要介绍了Binder机制的基本原理,旨在提供易于理解的入门知识。未来将深入探讨Framework层的详细原理。鼓励读者通过手写远程Service实现跨进程通信,以加深对AIDL和Binder的理解。
Android-Binder机制
Binder作为Android系统的IPC机制,旨在解决跨进程通信的问题。其基于Linux的内存映射技术,允许用户进程与内核进程共享同一块内存,从而减少内存读写操作,提高性能和效率。
Android系统中的Binder实现了一种客户端/服务器(C/S)架构,其中客户端(Client)发起请求,服务器(Server)提供服务。通过Binder Driver作为桥梁,客户端通过ServiceManager获取系统中的Binder服务。这一机制特别适用于Android这一嵌入式设备环境,考虑到了性能和内存优化。
在对象调用方面,当一个进程(A进程)需要调用另一个进程(B进程)中的某个对象时,由于无法直接共享对象(不同进程),Android采用代理模式解决这一问题。A进程生成B进程对象的代理对象,当进程相同则直接调用,不同则通过Binder的IPC机制实现通信。
Android开发中涉及的Binder模式包括调用接口、接口的Stub抽象类和Proxy静态类。使用AIDL自动生成这三类,并封装到同一外部类中,避免了Proxy和Stub类名的重复问题。
以BookManager接口为例,其支持addBook和getBooks方法,通过继承IInterface接口表示实现位于另一个进程中的服务。BookManagerStub表示Server进程中的BookManager接口对象,通过onBind方法返回给客户端。BookClientActivity连接服务时,通过BookManagerStub的asInterface转换为BookManager对象。在跨进程场景下,构造BookManagerProxy以实现与Server进程的通信。
BookManagerProxy在Client进程中,而BookManagerStub在Server进程中。BookManagerProxy通过IBinder的transact方法向Server进程发送数据并接收结果,解析后作为调用的返回值。这里的IBinder对象是Server端中新创建的BookManagerStub实例,但在同一进程下是真实的对象,而非跨进程对象。Binder机制通过共享内存实现对象之间的差异屏蔽,使Client中的对象调用仿佛在访问Server中的对象。
在BookManagerProxy中调用transact方法触发BookManagerStub的onTransact方法。根据code判断调用方法,从data中获取Client发送的数据,并将调用结果通过replay返回。尽管从逻辑上区分C端和S端,但在实际的通信过程中,C端与S端的角色并非绝对固定,而是基于发起调用的行为来区分。
Binder基础介绍
在Android系统中,应用以独立进程运行,进程间通信机制(IPC)用于实现数据共享。常用IPC方式包括共享内存、管道、信号处理、socket、Binder等,Android根据不同场景选择合适的方式。本文重点介绍Android系统中的Binder机制。
Binder机制分为四个部分,其运作方式主要由客户端和服务器端通过mRemote对象进行消息传递。客户端使用transact()方法发起请求,服务端在onTransact()方法处理请求并返回结果,实现了进程间数据交互。
Proxy/Stub模式简化了Activity与Service间通信,通过中介代理实现业务关注点与实现细节分离。AIDL(Android Interface Define Language)是用于生成可在Android设备上进行IPC的代码,通过代理存根结构实现跨进程调用。HIDL(Android Hardware Interface Definition Language)在Android 8后引入,用于更特定的硬件接口定义。
Android 8引入Treble机制,解耦Android框架与供应商接口,简化更新流程。新Binder机制引入了“binder”,“hwbinder”,“vndbinder”三个域,满足不同场景需求。VndBinder提供给供应商服务使用,HwBinder用于跨系统和供应商分区通信。这些变化优化了系统更新流程,提高了安全性与稳定性。
综上所述,Android系统通过Binder机制实现了进程间高效通信,通过AIDL和HIDL等接口定义语言简化了通信逻辑。Treble机制进一步提升了系统可维护性和更新效率,为Android系统的长期稳定发展奠定了基础。
图文结合:通俗易懂的Android多进程间通信--binder机制
Android多进程通信的应用场景广泛,尤其是在需要在不同进程间共享数据或实现协作的应用中。这类应用包括但不限于分布式系统、后台服务、游戏引擎和多媒体处理等。在这些场景中,多进程通信是实现功能高效、稳定与解耦的关键手段。
为什么使用binder机制?在多进程间通信时,binder提供了一种高效的解决方案。相比于传统的IPC方式,如socket通信,binder在数据传输时仅需进行一次内存拷贝,显著减少了通信开销。这得益于其内存映射(MMAP)技术,允许数据直接从用户空间映射到内核空间,从而提高了通信效率。同时,binder通过将内存映射与内存管理单元(MMU)相结合,实现了数据的高效访问与管理。
在Android系统中,binder作为CS通信机制的核心组件,主要负责多进程间的交互。它通过缓存中心维护服务列表,实现服务的注册、发现与调用过程。服务注册时,将方法的签名与对应的实现关联起来,避免了直接占用内存。服务发现与调用则通过特定接口完成,数据的传输则依赖于AIDL(Android Interface Definition Language)与binder驱动共同协作,实现了数据的高效、安全传输。
多进程通信方式包括传统IPC方式(如socket)和Android特有的Binder机制。传统方式虽然成熟,但在数据传输效率上不如binder。而binder的优势在于其性能优化、易用性和安全性,尤其在大规模、高并发的应用场景中表现更为突出。
综上所述,binder机制在Android系统中扮演着关键角色,通过提供高效、安全的多进程通信机制,显著提升了应用的性能与稳定性。其应用不仅限于上述场景,还广泛应用于开发框架、系统服务与应用开发中,是Android开发者不可或缺的工具之一。