大鹏一日同风起,扶摇直上九万里。这篇文章主要讲述Android Binder 系统学习笔记Binder系统的基本使用方法相关的知识,希望能为你提供帮助。
1.什么是RPC(远程过程调用)Binder系统的目的是实现远程过程调用(RPC),即进程A去调用进程B的某个函数,它是在进程间通信(IPC)的基础上实现的。RPC的一个应用场景如下:
A进程想去打开LED,它会去调用led_open,然后调用led_ctl,但是如果A进程并没有权限去打开驱动程序呢?
假设此时有一个进程B由权限去操作LED驱动程序,那么进程A可以通过如下方式来操作LED驱动:
①封装数据,即A进程首先把想要调用的B进程的某个函数的(事先约定好的)代号等信息封装成数据包
②A进程把封装好了的数据包通过IPC(进程间通信)发送给B进程
③B取出数据之后,通过从数据包里解析出来的函数的代号来调用它自己相应的led_open或led_ctl函数
【Android Binder 系统学习笔记Binder系统的基本使用方法】整个过程的结果好像A程序直接来操纵LED一样,这就是所谓的RPC。整个过程涉及到了IPC(进程间通信)的三大要素,源、目的和数据。在这个例子里面,源就是进程A,目的是进程B,数据实际上就是一个双方约定好了数据格式的buffer。
2.Binder系统实现的RPCBinder系统采用的是CS架构,提供服务的进程称为server进程,访问服务的进程称为client进程,server进程和client进程的通信需要依靠内核中的Binder驱动来进行。同时Binder系统提供了一个上下文的管理者servicemanager, server进程可以向servicemanager注册服务,然后client进程可以通过向servicemanager查询服务来获取server进程注册的服务。
回到上面的例子,A进程想操作LED,它可以通过将B进程的某个函数的(事先约定好的)代号通过IPC发给B进程,通过B进程来间接的操作LED,但是如果A进程不知道可以通过哪个进程来间接的操作LED呢,它应该将封装好了的数据包发送给哪个进程呢?这就引入了Binder系统的大管家servicemanager。首先B进程向servicemanager注册LED服务,然后我们的A进程就可以通过向servicemanager查询LED服务,就会得到一个handle,这个handle就是指向进程B的,这样进程A就知道把数据包(约定好数据格式的buffer)发送给哪个进程就可以间接的操作LED了。在这个例子中进程B就是server进程,进程A是client进程。
小小的总结一下,在 Binder系统中主要涉及到4个东西,一个是我们的A进程也就是client进程,一个是B进程也就是我们的server进程。client进程怎么知道要向哪一个server进程发送数据呢,中间就引入了Binder系统的大管家servicemanager。client进程、server进程和servicemanager之间的通信是建立在内核binder驱动的基础上的,它们四个的关系如下图所示
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3.Binder系统的简单应用(基于android内核,抛开Android系统框架)在Android源码里面有一些C语言写的binder应用程序
frameworks/native/cmds/servicemanager/bctest.c frameworks/native/cmds/servicemanager/binder.c frameworks/native/cmds/servicemanager/binder.h frameworks/native/cmds/servicemanager/service_manager.c
我们可以参照这些程序,基于Android内核,在Linux上实现一个Binder RPC的程序来理解使用Binder实现进程间通信的整个函数调用过程。
我们首先把android源码frameworks/native/cmds/servicemanager目录下的内容拷贝到我们自己的工程中,然后基于bctest.c来实现我们的server和client程序,因为我们是脱离Android系统来实现的,所以还需要将依赖的头文件拷贝到工程中,然后对service_manager.c和binder.c做一些修改,去掉一些不必要的内容。最后我们还需要写一个Makefile文件来构建整个工程,工程结构如下图所示。
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3.1.Server进程首先实现Server程序,它实现两个函数,sayhello和sayhello_to,并通过binder系统将向ServiceManager注册服务,然后循环的从binder驱动读取client进程发过来请求数据,并且通过这些请求数据调用自己相应的sayhello和sayhello_to函数。整个过程如下图所示。
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接着我们就来分析以下具体的代码
/*test_server.h*/#ifndef _TEST_SERVER_H #define _TEST_SERVER_H /*事先约定好的Server进程的相应函数的代号*/ #define HELLO_SVR_CMD_SAYHELLO0 #define HELLO_SVR_CMD_SAYHELLO_TO1 #endif // _TEST_SERVER_H
/*test_server.c*//* Copyright 2008 The Android Open Source Project */ #include < stdio.h> #include < stdlib.h> #include < errno.h> #include < linux/types.h> #include< stdbool.h> #include < string.h> #include < private/android_filesystem_config.h> #include "binder.h" #include "test_server.h" int svcmgr_publish(struct binder_state *bs, uint32_t target, const char *name, void *ptr) { int status; unsigned iodata[512/4]; struct binder_io msg, reply; bio_init(& msg, iodata, sizeof(iodata), 4); bio_put_uint32(& msg, 0); // strict mode header bio_put_string16_x(& msg, SVC_MGR_NAME); bio_put_string16_x(& msg, name); bio_put_obj(& msg, ptr); /*远程调用ServiceManager的do_add_service函数*/ if (binder_call(bs, & msg, & reply, target, SVC_MGR_ADD_SERVICE)) return -1; status = bio_get_uint32(& reply); binder_done(bs, & msg, & reply); return status; } void sayhello(void) { static int cnt = 0; fprintf(stderr, "say hello : %d\\n", cnt++); } int sayhello_to(char *name) { static int cnt = 0; fprintf(stderr, "say hello to %s : %d\\n", name, cnt++); return cnt; } int hello_service_handler(struct binder_state *bs, struct binder_transaction_data *txn, struct binder_io *msg, struct binder_io *reply) { /* 根据txn-> code知道要调用哪一个函数 * 如果需要参数, 可以从msg取出 * 如果要返回结果, 可以把结果放入reply */ /* sayhello * sayhello_to */uint16_t *s; char name[512]; size_t len; uint32_t handle; uint32_t strict_policy; int i; // Equivalent to Parcel::enforceInterface(), reading the RPC // header with the strict mode policy mask and the interface name. // Note that we ignore the strict_policy and don\'t propagate it // further (since we do no outbound RPCs anyway). strict_policy = bio_get_uint32(msg); switch(txn-> code) { case HELLO_SVR_CMD_SAYHELLO: sayhello(); return 0; case HELLO_SVR_CMD_SAYHELLO_TO: /* 从msg里取出字符串 */ s = bio_get_string16(msg, & len); if (s == NULL) { return -1; } for (i = 0; i < len; i++) name[i] = s[i]; name[i] = \'\\0\'; /* 处理 */ i = sayhello_to(name); /* 把结果放入reply */ bio_put_uint32(reply, i); break; default: fprintf(stderr, "unknown code %d\\n", txn-> code); return -1; } return 0; } int main(int argc, char **argv) { int fd; struct binder_state *bs; uint32_t svcmgr = BINDER_SERVICE_MANAGER; uint32_t handle; int ret; /*打开并映射binder驱动*/ bs = binder_open(128*1024); if (!bs) { fprintf(stderr, "failed to open binder driver\\n"); return -1; } /* 向ServiceManager注册服务 */ ret = svcmgr_publish(bs, svcmgr, "hello", (void *)123); if (ret) { fprintf(stderr, "failed to publish hello service\\n"); return -1; } ret = svcmgr_publish(bs, svcmgr, "goodbye", (void *)124); if (ret) { fprintf(stderr, "failed to publish goodbye service\\n"); } #if 0 while (1) { /* read data */ /* parse data, and process */ /* reply */ } #endif /*通过我们传入的hello_service_handler循环处理从binder驱动读出的数据*/ binder_loop(bs, hello_service_handler); return 0; }
接着我们来分析一下这个binder_loop函数,它主要实现了3个功能
1.读数据
2.解析并处理数据
3.回复
void binder_loop(struct binder_state *bs, binder_handler func) { int res; struct binder_write_read bwr; uint32_t readbuf[32]; //bwr.write_size = 0 表明下面的ioctl不会发起写操作,只不过发起读操作 bwr.write_size = 0; bwr.write_consumed = 0; bwr.write_buffer = 0; readbuf[0] = BC_ENTER_LOOPER; binder_write(bs, readbuf, sizeof(uint32_t)); for (; ; ) { bwr.read_size = sizeof(readbuf); bwr.read_consumed = 0; bwr.read_buffer = (uintptr_t) readbuf; /*通过ioctl从binder驱动中读数据*/ res = ioctl(bs-> fd, BINDER_WRITE_READ, & bwr); if (res < 0) { ALOGE("binder_loop: ioctl failed (%s)\\n", strerror(errno)); break; } //读到数据之后调用binder_parse解析数据,如果传入func参数还会处理数据 res = binder_parse(bs, 0, (uintptr_t) readbuf, bwr.read_consumed, func); if (res == 0) { ALOGE("binder_loop: unexpected reply?!\\n"); break; } if (res < 0) { ALOGE("binder_loop: io error %d %s\\n", res, strerror(errno)); break; } } }
看一下我们是怎么处理数据的,注意我们传入的binder_handler这个参数,它是一个函数指针
int binder_parse(struct binder_state *bs, struct binder_io *bio, uintptr_t ptr, size_t size, binder_handler func) { int r = 1; uintptr_t end = ptr + (uintptr_t) size; while (ptr < end) { uint32_t cmd = *(uint32_t *) ptr; ptr += sizeof(uint32_t); #if TRACE fprintf(stderr,"%s:\\n", cmd_name(cmd)); #endif switch(cmd) { case BR_NOOP: break; case BR_TRANSACTION_COMPLETE: break; case BR_INCREFS: case BR_ACQUIRE: case BR_RELEASE: case BR_DECREFS: #if TRACE fprintf(stderr,"%p, %p\\n", (void *)ptr, (void *)(ptr + sizeof(void *))); #endif ptr += sizeof(struct binder_ptr_cookie); break; //我们收到的命令是BR_TRANSACTION case BR_TRANSACTION: { struct binder_transaction_data *txn = (struct binder_transaction_data *) ptr; if ((end - ptr) < sizeof(*txn)) { ALOGE("parse: txn too small!\\n"); return -1; } binder_dump_txn(txn); if (func) { unsigned rdata[256/4]; struct binder_io msg; struct binder_io reply; int res; //接收到数据之后,构造一个binder_io bio_init(& reply, rdata, sizeof(rdata), 4); bio_init_from_txn(& msg, txn); //调用我们的处理函数 res = func(bs, txn, & msg, & reply); //处理完之后发送一个reply binder_send_reply(bs, & reply, txn-> data.ptr.buffer, res); } ptr += sizeof(*txn); break; } case BR_REPLY: { struct binder_transaction_data *txn = (struct binder_transaction_data *) ptr; if ((end - ptr) < sizeof(*txn)) { ALOGE("parse: reply too small!\\n"); return -1; } binder_dump_txn(txn); if (bio) { bio_init_from_txn(bio, txn); bio = 0; } else { /* todo FREE BUFFER */ } ptr += sizeof(*txn); r = 0; break; } case BR_DEAD_BINDER: { struct binder_death *death = (struct binder_death *)(uintptr_t) *(binder_uintptr_t *)ptr; ptr += sizeof(binder_uintptr_t); death-> func(bs, death-> ptr); break; } case BR_FAILED_REPLY: r = -1; break; case BR_DEAD_REPLY: r = -1; break; default: ALOGE("parse: OOPS %d\\n", cmd); return -1; } } return r; }
3.2.Client进程Client进程和Server进程的大致流程差不多,它首先打开和映射binder驱动,然后向ServiceManager查询服务,最后通过查询服务时ServiceManager返回的handle远程调用Server进程的函数,主要流程如下所示。
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下面我们就分析一下具体的源码
/*test_client.c*//* Copyright 2008 The Android Open Source Project */ #include < stdio.h> #include < stdlib.h> #include < errno.h> #include < linux/types.h> #include< stdbool.h> #include < string.h> #include < private/android_filesystem_config.h> #include "binder.h" #include "test_server.h" uint32_t svcmgr_lookup(struct binder_state *bs, uint32_t target, const char *name) { uint32_t handle; unsigned iodata[512/4]; struct binder_io msg, reply; bio_init(& msg, iodata, sizeof(iodata), 4); bio_put_uint32(& msg, 0); // strict mode header bio_put_string16_x(& msg, SVC_MGR_NAME); bio_put_string16_x(& msg, name); /*远程调用ServiceManager的do_find_service函数*/ if (binder_call(bs, & msg, & reply, target, SVC_MGR_CHECK_SERVICE)) return 0; handle = bio_get_ref(& reply); if (handle) binder_acquire(bs, handle); binder_done(bs, & msg, & reply); return handle; } struct binder_state *g_bs; uint32_t g_handle; void sayhello(void) { unsigned iodata[512/4]; struct binder_io msg, reply; /* 构造binder_io */ bio_init(& msg, iodata, sizeof(iodata), 4); bio_put_uint32(& msg, 0); // strict mode header /* 放入参数 */ /* 调用binder_call远程调用Server的sayhello函数*/ if (binder_call(g_bs, & msg, & reply, g_handle, HELLO_SVR_CMD_SAYHELLO)) return ; /* 从reply中解析出返回值 */ binder_done(g_bs, & msg, & reply); } int sayhello_to(char *name) { unsigned iodata[512/4]; struct binder_io msg, reply; int ret; /* 构造binder_io */ bio_init(& msg, iodata, sizeof(iodata), 4); bio_put_uint32(& msg, 0); // strict mode header /* 放入参数 */ bio_put_string16_x(& msg, name); /* 调用binder_call远程调用Server的sayhello_to函数 */ if (binder_call(g_bs, & msg, & reply, g_handle, HELLO_SVR_CMD_SAYHELLO_TO)) return 0; /* 从reply中解析出返回值 */ ret = bio_get_uint32(& reply); binder_done(g_bs, & msg, & reply); return ret; } /* ./test_client hello * ./test_client hello < name> */ int main(int argc, char **argv) { int fd; struct binder_state *bs; uint32_t svcmgr = BINDER_SERVICE_MANAGER; uint32_t handle; int ret; if (argc < 2){ fprintf(stderr, "Usage:\\n"); fprintf(stderr, "%s hello\\n", argv[0]); fprintf(stderr, "%s hello < name> \\n", argv[0]); return -1; } /*打开binder驱动*/ bs = binder_open(128*1024); if (!bs) { fprintf(stderr, "failed to open binder driver\\n"); return -1; } g_bs = bs; /* 向ServiceManager查询hello服务 */ handle = svcmgr_lookup(bs, svcmgr, "hello"); if (!handle) { fprintf(stderr, "failed to get hello service\\n"); return -1; } g_handle = handle; /* send data to server */ if (argc == 2) { sayhello(); } else if (argc == 3) { ret = sayhello_to(argv[2]); fprintf(stderr, "get ret of sayhello_to = %d\\n", ret); } binder_release(bs, handle); return 0; }
这里需要注意的一点是,不管我们的Server进程还是Client进程,他们在远程调用其他进程的函数的时候,都是通过binder_call这个函数来实现的,下面我们就来分析一下这个函数。
int binder_call(struct binder_state *bs, struct binder_io *msg, struct binder_io *reply, uint32_t target, uint32_t code) { int res; /*构造参数*/ struct binder_write_read bwr; struct { uint32_t cmd; struct binder_transaction_data txn; } __attribute__((packed)) writebuf; unsigned readbuf[32]; if (msg-> flags & BIO_F_OVERFLOW) { fprintf(stderr,"binder: txn buffer overflow\\n"); goto fail; }writebuf.cmd = BC_TRANSACTION; writebuf.txn.target.handle = target; writebuf.txn.code = code; writebuf.txn.flags = 0; writebuf.txn.data_size = msg-> data - msg-> data0; writebuf.txn.offsets_size = ((char*) msg-> offs) - ((char*) msg-> offs0); writebuf.txn.data.ptr.buffer = (uintptr_t)msg-> data0; writebuf.txn.data.ptr.offsets = (uintptr_t)msg-> offs0; bwr.write_size = sizeof(writebuf); bwr.write_consumed = 0; bwr.write_buffer = (uintptr_t) & writebuf; hexdump(msg-> data0, msg-> data - msg-> data0); for (; ; ) { bwr.read_size = sizeof(readbuf); bwr.read_consumed = 0; bwr.read_buffer = (uintptr_t) readbuf; /*调用ioctl发送数据*/ res = ioctl(bs-> fd, BINDER_WRITE_READ, & bwr); if (res < 0) { fprintf(stderr,"binder: ioctl failed (%s)\\n", strerror(errno)); goto fail; } /*解析返回的数据*/ res = binder_parse(bs, reply, (uintptr_t) readbuf, bwr.read_consumed, 0); if (res == 0) return 0; if (res < 0) goto fail; } fail: memset(reply, 0, sizeof(*reply)); reply-> flags |= BIO_F_IOERROR; return -1; }
其中第一个参数用来描述当前binder的状态,是调用binder_open时返回的,第二个参数是要发送的数据,第三个参数用来保存返回的数据,第四非参数是数据发送的目的地,即向谁发送数据,第五个参数是要调用的远程的函数的约定好的代号。
3.3.ServiceManager进程 分析完了Server进程和Client进程,紧接着就要来分析我们的大管家ServiceManager进程了,我们的Client进程想使用sayhello函数的时候,是不知道sayhello函数是属于哪一个进程的,有了我们的大管家之后,Client进程才能通过它来查找到Server进程。在Server进程向ServiceManager注册服务和Client进程向ServiceManager查询服务的时候,ServiceManager相对而言都是Server进程。下面就来分析一下这个大管家。 它首先也是打开和映射binder驱动,然后告诉binder驱动,我就是大管家,最后循环接收Server进程和Client进程的请求,它的主要流程如下图所示。
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紧接着我们就来分析一下它的main函数,和其他一些主要的函数
int main(int argc, char **argv) { struct binder_state *bs; /*打开binder驱动*/ bs = binder_open(128*1024); if (!bs) { ALOGE("failed to open binder driver\\n"); return -1; } /*告诉驱动,我是大管家*/ if (binder_become_context_manager(bs)) { ALOGE("cannot become context manager (%s)\\n", strerror(errno)); return -1; } svcmgr_handle = BINDER_SERVICE_MANAGER; /*进入无限循环,处理client端发来的请求*/ binder_loop(bs, svcmgr_handler); return 0; }
分析一下binder_become_context_manager这个函数,看一下是怎样向驱动注册为大管家的
int binder_become_context_manager(struct binder_state *bs) { /*通过ioctl,传递BINDER_SET_CONTEXT_MGR指令*/ return ioctl(bs-> fd, BINDER_SET_CONTEXT_MGR, 0); }
整个流程的时序如下图所示
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总结一下,整个binder远程过程调用,就是首先大管家ServiceManager告诉binder驱动,我现在是大管家了,然后Server进程和Client进程通过这个大管家互相了解了之后,Client进程就可以远程调用Server进程的函数了。
参考文章: 韦东山老师的binder系统分析的视频:www.100ask.org Gityuan的博客:http://gityuan.com/
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