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android_binder_讲解.doc

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上传者: 与世无争 2011-03-04 评分1 评论0 下载43 收藏0 阅读量473 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《android_binder_讲解doc》,可适用于手机软件领域,主题内容包含androidbinder讲解androidbinder讲解http:blogcsdnnetliuyahuiarchiveaspx下面进行详细讲述A符等。

androidbinder讲解androidbinder讲解http:blogcsdnnetliuyahuiarchiveaspx下面进行详细讲述AndroidBinder机制问题Binder机制是通过驱动的形式来实现其实驱动程序的部分是保存在源代码的以下的文件中。AndroidBinder机制大部分都是使用的IPC进程间通信机制有很多种例如linux中可以采用管道消息队列信号共享内存socket等这些都可以实现进程间的通信。AndroidBinder机制通信是基于Service与Client的有一个ServiceManager的守护进程管理着系统的各个服务它负责监听是否有其他程序向其发送请求。如果有请求就响应。每个服务都要在ServiceManager中注册而请求服务的客户端去ServiceManager请求服务。binder的通信操作类似线程迁移(threadmigration)binder的用户空间为每一个进程维护着一个可用的线程池,用来处理到来的IPC以及执行本地消息。两个进程间通信就好像是一个进程进入另一个进程执行代码然后带着执行的结果返回Android和驱动程序通信采用linux的ioctl机制。下面先简单介绍一下ioctl机制。什么是ioctlioctl是设备驱动程序中对设备的IO通道进行管理的函数。所谓对IO通道进行管理就是对设备的一些特性进行控制例如串口的传输波特率、马达的转速等等。它的调用函数如下:intioctl(intfd,indcmd,…)其中fd就是用户程序打开设备时使用open函数返回的文件标示符cmd就是用户程序对设备的控制命令至于后面的省略号。那是一些补充参数一般最多一个有或没有是和cmd的意义相关的。ioctl函数是文件结构中的一个属性分量。就是说如果你的驱动程序提供了对ioctl的支持用户就可以在用户程序中使用ioctl函数控制设备的IO通道。ioctl的必要性如果不用ioctl的话也可以实现对设备IO通道的控制但那就太复杂了。例如我们可以在驱动程序中实现write的时候检查一下是否有特殊约定的数据流通过。如果有的话那么后面就跟着控制命令(一般在socket编程中常常这样做)。但是如果这样做的话会导致代码分工不明程序结构混乱。程序员自己也会头昏眼花的。所以我们就使用ioctl来实现控制的功能。要记住用户程序所作的只是通过命令码告诉驱动程序它想做什么至于怎么解释这些命令和怎么实现这些命令这都是驱动程序要做的事情。Android Binder机制如何实现在驱动程序中实现的ioctl函数体内实际上是有一个switch{case}结构每一个case对应一个命令码做出一些相应的操作。怎么实现这些操作这是每一个程序员自己的事情因为设备都是特定的。关键在于怎么样组织命令码因为在ioctl中命令码是唯一联系用户程序命令和驱动程序支持的途径。命令码的组织是有一些讲究的。因为我们一定要做到命令和设备是一一对应的这样才不会将正确的命令发给错误的设备或者是把错误的命令发给正确的设备。或者是把错误的命令发给错误的设备。这些错误都会导致不可预料的事情发生而当程序员发现了这些奇怪的事情的时候再来调试程序查找错误那将是非常困难的事情。第一部分Binder的组成 驱动程序部分驱动程序的部分在以下的文件夹中: Java代码 ​ kernelincludelinuxbinderh  ​ kerneldriversandroidbinderc     binder驱动程序是一个miscdevice主设备号为此设备号使用动态获得(MISCDYNAMICMINOR)其设备的节点为: devbinder    binder驱动程序会在proc文件系统中建立自己的信息其文件夹为procbinder其中包含如下内容: proc目录:调用Binder各个进程的内容 state文件:使用函数binderreadprocstate stats文件:使用函数binderreadprocstats transactions文件:使用函数binderreadproctransactions transactionlog文件:使用函数binderreadproctransactionlog其参数为bindertransactionlog(类型为structbindertransactionlog) failedtransactionlog文件:使用函数binderreadproctransactionlog其参数为 bindertransactionlogfailed(类型为structbindertransactionlog)    在binder文件被打开后其私有数据(privatedata)的类型: structbinderproc    在这个数据结构中主要包含了当前进程、进程ID、内存映射信息、Binder的统计信息和线程信息等。    在用户空间对Binder驱动程序进行控制主要使用的接口是mmap、poll和ioctlioctl主要使用的ID为: Java代码 ​ #define BINDERWRITEREAD        IOWR('b', , struct binderwriteread)  ​ #define BINDERSETIDLETIMEOUT  IOW('b', , intt)  ​ #define BINDERSETMAXTHREADS   IOW('b', , sizet)  ​ #define BINDERSETIDLEPRIORITY IOW('b', , int)  ​ #define BINDERSETCONTEXTMGR   IOW('b', , int)  ​ #define BINDERTHREADEXIT       IOW('b', , int)  ​ #define BINDERVERSION           IOWR('b', , struct binderversion)     BRXXX等宏为BinderDriverReturnProtocol表示Binder驱动返回协议。    BCXXX等宏为BinderDriverCommandProtocol表示Binder驱动命令协议。    binderthread是Binder驱动程序中使用的另外一个重要的数据结构数据结构的定义如下所示: Java代码 ​ struct binderthread {  ​       struct binderproc *proc  ​      struct rbnode rbnode  ​      int pid  ​      int looper  ​      struct bindertransaction *transactionstack  ​      struct listhead todo  ​      uintt returnerror  ​      uintt returnerror  ​      waitqueueheadt wait  ​      struct binderstats stats  ​ }     binderthread的各个成员信息是从rbnode中得出。    BINDERWRITEREAD是最重要的ioctl它使用一个数据结构binderwriteread定义读写的数据。 Java代码 ​ struct binderwriteread {  ​      signed long writesize  ​      signed long writeconsumed  ​      unsigned long writebuffer  ​      signed long readsize  ​      signed long readconsumed  ​      unsigned long readbuffer  ​ }  servicemanager部分       servicemanager是一个守护进程用于这个进程的和devbinder通讯从而达到管理系统中各个服务的作用。        可执行程序的路径:        systembinservicemanager        开源版本文件的路径: Java代码 ​ frameworksbasecmdsservicemanagerbinderh  ​ frameworksbasecmdsservicemanagerbinderc  ​ frameworksbasecmdsservicemanagerservicemanagerc        程序执行的流程: open():打开binder驱动 mmap():映射一个*字节的内存 ioctl(BINDERSETCONTEXTMGR):设置上下文为mgr       进入主循环binderloop()             ioctl(BINDERWRITEREAD)读取                       binderparse()进入binder处理过程循环处理         binderparse()的处理调用返回值:        当处理BRTRANSACTION的时候调用svcmgrhandler()处理增加服务、检查服务等工作。各种服务存放在一个链表(svclist)中。其中调用binder等开头的函数又会调用ioctl的各种命令。        处理BRREPLY的时候填充binderio类型的数据结 binder的库的部分    binder相关的文件作为Android的uitls库的一部分这个库编译后的名称为libutilsso是Android系统中的一个公共库。    主要文件的路径如下所示: Java代码 ​ frameworksbaseincludeutils*  ​ frameworksbaselibsutils*        主要的类为: RefBaseh:    引用计数定义类RefBase。 Parcelh:    为在IPC中传输的数据定义容器定义类Parcel IBinderh:    Binder对象的抽象接口定义类IBinder Binderh:    Binder对象的基本功能定义类Binder和BpRefBase BpBinderh: BpBinder的功能定义类BpBinder IInterfaceh: 为抽象经过Binder的接口定义通用类    定义类IInterface类模板BnInterface类模板BpInterface ProcessStateh    表示进程状态的类定义类ProcessState IPCThreadStateh    表示IPC线程的状态定义类IPCThreadState 各个类之间的关系如下所示:    在IInterfaceh中定义的BnInterface和BpInterface是两个重要的模版这是为各种程序中使用的。 BnInterface模版的定义如下所示: Java代码 ​ template  ​ class BnInterface : public INTERFACE, public BBinder  ​ {  ​ public:  ​     virtual sp  queryLocalInterface(const String descriptor)  ​     virtual String        getInterfaceDescriptor() const  ​ protected:  ​     virtual IBinder*        onAsBinder()  ​ }  ​      BnInterface模版的定义如下所示:  ​ template  ​ class BpInterface : public INTERFACE, public BpRefBase  ​ {  ​ public:  ​                             BpInterface(const sp remote)  ​ protected:  ​     virtual IBinder*    onAsBinder()  ​ }          这两个模版在使用的时候起到得作用实际上都是双继承:使用者定义一个接口INTERFACE然后使用BnInterface和BpInterface两个模版结合自己的接口构建自己的BnXXX和BpXXX两个类。         DECLAREMETAINTERFACE和IMPLEMENTMETAINTERFACE两个宏用于帮助BpXXX类的实现: Java代码 ​ #define DECLAREMETAINTERFACE(INTERFACE)                                 ​     static const String descriptor                                     ​     static sp asInterface(const sp obj)          ​     virtual String getInterfaceDescriptor() const                      ​ #define IMPLEMENTMETAINTERFACE(INTERFACE, NAME)                         ​     const String I##INTERFACE::descriptor(NAME)                        ​     String I##INTERFACE::getInterfaceDescriptor() const {               ​         return I##INTERFACE::descriptor                                  ​     }                                                                     ​     sp I##INTERFACE::asInterface(const sp obj)    ​     {                                                                     ​         sp intr                                            ​         if (obj != ) {                                                ​             intr = staticcast(                            ​                 obj>queryLocalInterface(                                 ​                         I##INTERFACE::descriptor)get())                 ​             if (intr == ) {                                           ​                 intr = new Bp##INTERFACE(obj)                            ​             }                                                             ​         }                                                                 ​         return intr                                                      ​     }      在定义自己的类的时候只需要使用DECLAREMETAINTERFACE和IMPLEMENTMETAINTERFACE两个接口并 结合类的名称就可以实现BpInterface中的asInterface()和getInterfaceDescriptor()两个函数。 第二部分Binder的运作   Binder的工作机制      ServiceManager是一个守护进程它负责启动各个进程之间的服务对于相关的两个需要通讯的进程它们通过调用libutilso库实现通讯而真正通讯的机制是内核空间中的一块共享内存。  从应用程序的角度看Binder   从应用程序的角度看Binder一共有三个方面:   Native本地:例如BnABC这是一个需要被继承和实现的类。   Proxy代理:例如BpABC这是一个在接口框架中被实现但是在接口中没有体现的类。   客户端:例如客户端得到一个接口ABC在调用的时候实际上被调用的是BpABC 本地功能(Bn)部分做的:    实现BnABC::BnTransact()    注册服务:IServiceManager::AddService 代理部分(Bp)做的:    实现几个功能函数调用BpABC::remote()>transact() 客户端做的:    获得ABC接口然后调用接口(实际上调用了BpABC继而通过IPC调用了BnABC然后调用了具体的功能)       在程序的实现过程中BnABC和BpABC是双继承了接口ABC。一般来说BpABC是一个实现类这个实现类不需要在接口中体现它实际上负责的只是通讯功能不执行具体的功能BnABC则是一个接口类需要一个真正工作的类来继承、实现它这个类才是真正执行具体功能的类。       在客户端中从ISeriviceManager中获得一个ABC的接口客户端调用这个接口实际上是在调用BpABC而BpABC又通过Binder的IPC机制和BnABC通讯BnABC的实现类在后面执行。   事实上 服务器 的具体实现和客户端是两个不同的进程如果不考虑进程间通讯的过程从调用者的角度似乎客户端在直接调用另外一个进程间的函数当然这个函数必须是接口ABC中定义的。   ISericeManager的作用    ISericeManager涉及的两个文件是ISericeManagerh和ISericeManagercpp。这两个文件基本上是 ISericeManager。ISericeManager是系统最先被启动的服务。非常值得注意的是:ISericeManager本地功能并没有使 现它实际上由ServiceManager守护进程执行而用户程序通过调用BpServiceManager来获得其他的服务。      在ISericeManagerh中定义了一个接口用于得到默认的ISericeManager:        spdefaultServiceManager()     这时得到的ISericeManager实际上是一个全局的ISericeManager。 第三部分程序中Binder的具体实现   一个利用接口的具体实现    PermissionController也是libutils中定义的一个有关权限控制的接口它一共包含两个文件:IPermissionControllerh和IPermissionControllercpp这个结构在所有类的实现中都是类似的。     头文件IPermissionControllerh的主要内容是定义IPermissionController接口和类BnPermissionController: Java代码 ​ class IPermissionController : public IInterface  ​ {  ​ public:  ​     DECLAREMETAINTERFACE(PermissionController)  ​     virtual bool   checkPermission(const String permission,intt pid, intt uid) =   ​     enum {  ​         CHECKPERMISSIONTRANSACTION = IBinder::FIRSTCALLTRANSACTION  ​     }  ​ }  ​ class BnPermissionController : public BnInterface  ​ {  ​ public:  ​     virtual statust    onTransact( uintt code,  ​                                     const Parcel data,  ​                                     Parcel* reply,  ​                                     uintt flags = )  ​ }     IPermissionController是一个接口类只有checkPermission()一个纯虚函数。 BnPermissionController继承了以BnPermissionController实例化模版类BnInterface。因 此BnPermissionController事实上BnPermissionController双继承了BBinder和 IPermissionController。    实现文件IPermissionControllercpp中首先实现了一个BpPermissionController。 Java代码 ​ class BpPermissionController : public BpInterface  ​ {  ​ public:  ​     BpPermissionController(const sp impl)  ​         : BpInterface(impl)  ​     {  ​     }  ​     virtual bool checkPermission(const String permission, intt pid, intt uid)  ​     {  ​         Parcel data, reply  ​         datawriteInterfaceToken(IPermissionController::  ​                                        getInterfaceDescriptor())  ​         datawriteString(permission)  ​         datawriteInt(pid)  ​         datawriteInt(uid)  ​         remote()>transact(CHECKPERMISSIONTRANSACTION, data, reply)  ​         if (replyreadInt() != ) return   ​         return replyreadInt() !=   ​     }  ​ }  IMPLEMENTMETAINTERFACE(PermissionController,"androidosIPermissionController") BpPermissionController继承了BpInterface它本身是一个 已经实现的类而且并没有在接口中体现。这个类按照格式写就可以在实现checkPermission()函数的过程中使用Parcel作为传输数据 的容器传输中时候transact()函数其参数需要包含枚举值CHECKPERMISSIONTRANSACTION。 IMPLEMENTMETAINTERFACE用于扶助生成。    BnPermissionController中实现的onTransact()函数如下所示: Java代码 ​ statust BnPermissionController:: BnTransact(  ​     uintt code, const Parcel data, Parcel* reply, uintt flags)  ​ {  ​     switch(code) {  ​         case CHECKPERMISSIONTRANSACTION: {  ​             CHECKINTERFACE(IPermissionController, data, reply)  ​             String permission = datareadString()  ​             intt pid = datareadInt()  ​             intt uid = datareadInt()  ​             bool res = checkPermission(permission, pid, uid)  ​             reply>writeInt()  ​             reply>writeInt(res   : )  ​             return NOERROR  ​         } break  ​         default:  ​             return BBinder:: BnTransact(code, data, reply, flags)  ​     }  ​ }      在onTransact()函数中根据枚举值判断数据使用的方式。注意由于BnPermissionController也是继承了类 IPermissionController但是纯虚函数checkPermission()依然没有实现。因此这个 BnPermissionController类并不能实例化它其实也还是一个接口需要一个实现类来继承它那才是实现具体功能的类。   BnABC的实现    本地服务启动后将形成一个守护进程具体的本地服务是由一个实现类继承BnABC来实现的这个服务的名称通常叫做ABC。    在其中通常包含了一个instantiate()函数这个函数一般按照如下的方式实现: voidABC::instantiate(){    defaultServiceManager()>addService(            String("XXXABC"),newABC()) }    按照这种方式通过调用defaultServiceManager()函数将增加一个名为"XXXABC"的服务。    在这个defaultServiceManager()函数中调用了: ProcessState::self()>getContextObject())    IPCThreadState*ipc=IPCThreadState::self()   IPCThreadState::talkWithDriver() 在ProcessState类建立的过程中调用opendriver()打开 驱动 程序在talkWithDriver()的执行过程中。   BpABC调用的实现    BpABC调用的过程主要通过mRemote()>transact()来传输数据mRemote()是BpRefBase的成员它是一个IBinder。这个调用过程如下所示:    Java代码 ​ mRemote()>transact()  ​     Process::self()  ​     IPCThreadState::self()>transact()  ​     writeTransactionData()  ​     waitForResponse()  ​     talkWithDriver()  ​     ioctl(fd, BINDERWRITEREAD, bwr)     在IPCThreadState::executeCommand()函数中实现传输操作。oIBinder接口IBinder接口是对跨进程的对象的抽象。普通对象在当前进程可以访问如果希望对象能被其它进程访问那就必须实现IBinder接口。IBinder接口可以指向本地对象也可以指向远程对象调用者不需要关心指向的对象是本地的还是远程。transact是IBinder接口中一个比较重要的函数它的函数原型如下:​ virtual statust transact(uintt code, const Parcel data, Parcel* reply, uintt flags = ) =   virtualstatusttransact(uinttcode,constParceldata,Parcel*reply,uinttflags=)=android中的IPC的基本模型是基于客户服务器(CS)架构的。客户端请求通过内核模块中转服务端如果IBinder指向的是一个客户端代理那transact只是把请求发送给服务器。服务端的IBinder的transact则提供了实际的服务。o客户端BpBinder是远程对象在当前进程的代理它实现了IBinder接口。它的transact函数实现如下:​ statust BpBinder::transact(  ​     uintt code, const Parcel data, Parcel* reply, uintt flags)  ​ {  ​      Once a binder has died, it will never come back to life  ​     if (mAlive) {  ​         statust status = IPCThreadState::self()>transact(  ​             mHandle, code, data, reply, flags)  ​         if (status == DEADOBJECT) mAlive =   ​         return status  ​     }   ​    ​     return DEADOBJECT  ​ }  statustBpBinder::transact(uinttcode,constParceldata,Parcel*reply,uinttflags){Onceabinderhasdied,itwillnevercomebacktolifeif(mAlive){statuststatus=IPCThreadState::self()>transact(mHandle,code,data,reply,flags)if(status==DEADOBJECT)mAlive=returnstatus} returnDEADOBJECT}参数说明:​ code是请求的ID号。​ data是请求的参数。​ reply是返回的结果。​ flags一些额外的标识如FLAGONEWAY。通常为。transact只是简单的调用了IPCThreadState::self()的transact在IPCThreadState::transact中:​ statust IPCThreadState::transact(intt handle,  ​                                   uintt code, const Parcel data,  ​                                   Parcel* reply, uintt flags)  ​ {  ​     statust err = dataerrorCheck()  ​    ​     flags |= TFACCEPTFDS  ​    ​     IFLOGTRANSACTIONS() {  ​         TextOutput::Bundle b(alog)  ​         alog << "BCTRANSACTION thr " << (void*)pthreadself() << "  hand "  ​             << handle << "  code " << TypeCode(code) << ": "  ​             << indent << data << dedent << endl  ​     }  ​    ​     if (err == NOERROR) {  ​         LOGONEWAY(">>>> SEND from pid d uid d s", getpid(), getuid(),  ​             (flags  TFONEWAY) ==   "READ REPLY" : "ONE WAY")  ​         err = writeTransactionData(BCTRANSACTION, flags, handle, code, data, )  ​     }  ​    ​     if (err != NOERROR) {  ​         if (reply) reply>setError(err)  ​         return (mLastError = err)  ​     }  ​    ​     if ((flags  TFONEWAY) == ) {  ​         if (reply) {  ​             err = waitForResponse(reply)  ​         } else {  ​             Parcel fakeReply  ​             err = waitForResponse(fakeReply)  ​         }  ​    ​         IFLOGTRANSACTIONS() {  ​             TextOutput::Bundle b(alog)  ​             alog << "BRREPLY thr " << (void*)pthreadself() << "  hand "  ​                 << handle << ": "  ​             if (reply) alog << indent << *reply << dedent << endl  ​             else alog << "(none requested)" << endl  ​         }  ​     } else {  ​         err = waitForResponse(, )  ​     }  ​    ​     return err  ​ }  ​    ​ statust IPCThreadState::waitForResponse(Parcel *reply, statust *acquireResult)  ​ {  ​     intt cmd  ​     intt err  ​    ​     while () {  ​         if ((err=talkWithDriver()) < NOERROR) break  ​         err = mInerrorCheck()  ​         if (err < NOERROR) break  ​         if (mIndataAvail() == ) continue  ​    ​         cmd = mInreadInt()  ​    ​         IFLOGCOMMANDS() {  ​             alog << "Processing waitForResponse Command: "  ​                 << getReturnString(cmd) << endl  ​         }  ​    ​         switch (cmd) {  ​         case BRTRANSACTIONCOMPLETE:  ​             if (!reply  !acquireResult) goto finish  ​             break  ​    ​         case BRDEADREPLY:  ​             err = DEADOBJECT  ​             goto finish  ​    ​         case BRFAILEDREPLY:  ​             err = FAILEDTRANSACTION  ​             goto finish  ​    ​         case BRACQUIRERESULT:  ​             {  ​                 LOGASSERT(acquireResult != , "Unexpected brACQUIRERESULT")  ​                 const intt result = mInreadInt()  ​                 if (!acquireResult) continue  ​                 *acquireResult = result  NOERROR : INVALIDOPERATION  ​             }  ​             goto finish  ​    ​         case BRREPLY:  ​             {  ​                 bindertransactiondata tr  ​                 err = mInread(tr, sizeof(tr))  ​                 LOGASSERT(err == NOERROR, "Not enough command data for brREPLY")  ​                 if (err != NOERROR) goto finish  ​    ​                 if (reply) {  ​                     if ((trflags  TFSTATUSCODE) == ) {  ​                         reply>ipcSetDataReference(  ​                             reinterpretcast(trdataptrbuffer),  ​                             trdatasize,  ​                             reinterpretcast(trdataptroffsets),  ​                             troffsetssizesizeof(sizet),  ​                             freeBuffer, this)  ​                     } else {  ​                         err = *staticcast(trdataptrbuffer)  ​                         freeBuffer(,  ​                             reinterpretcast(trdataptrbuffer),  ​                             trdatasize,  ​                             reinterpretcast(trdataptroffsets),  ​                             troffsetssizesizeof(sizet), this)  ​                     }  ​                 } else {  ​                     freeBuffer(,  ​                         reinterpretcast(trdataptrbuffer),  ​                         trdatasize,  ​                         reinterpretcast(trdataptroffsets),  ​                         troffsetssizesizeof(sizet), this)  ​                     continue  ​                 }  ​             }  ​             goto finish  ​    ​         default:  ​             err = executeCommand(cmd)  ​             if (err != NOERROR) goto finish  ​             brea

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