安卓Binder架构概述

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安卓Binder架构概述

在Linux操作系统上,进程间通信(IPC)技术包含

  • 文件 (Files)
  • 信号 (Signals)
  • 套接字(Socket)
  • 管道(Pipes)
  • 信号量(Semaphores)
  • 内存共享(Shared Memory)
  • 消息传递(Message passing, 包括队列、消息总线)

虽然可以用的技术很多,但安卓还是选择定制Linux的内核,发明Binder架构(翻译注:实际上是先有Binder架构,随后被迁移到Linux内核上)。Binder架构实现了客户端和服务端之间进程的远程过程调用(RPC)机制,对于服务端的方法,客户端进程能像调用本地方法一样调用它们。因此可以传递数据到远程的方法调用,返还结果给客户端的调用线程。就像是客户端的线程“跳到”另一个进程当中去执行(线程迁移)。

尽管底层的RPC机制非常地复杂,但是Binder架构把一切都封装起来,仅暴露简单的APIs,让整个进程间通信机制看起来简单。让我们看看底下都发生了些什么:

  • 将数据分解成操作系统能懂的原始形式,此过程亦被称为Marshalling(与序列化相似)

  • 将分解后的数据信息跨过进程边界传输给远程进程

  • 在远程进程将信息重构,此过程亦被称为Un/Demarshalling(与反序列化相似)

  • 将返回值传回给客户端调用进程

Intents、ContentProviders、Messenger,所有的系统服务,包括电话、震动器、Wifi、电池、通知等,都利用了Binder提供的IPC底层框架。甚至Activity里的生命周期回调函数(例如onStart(), onResume(), onDestroy)也是由ActivityManagerServer经由Binder调用的。

这里将覆盖Binder的一些术语,一旦你看过怎么使用AIDLs及完成IPC,借此或许能加深印象。客户端跟服务端不想知道关于Binder协议的任何事情,因此它们使用代理(proxy,在客户端)和存根(stub,在服务端)。代理接收你的高级Java/C++方法调用(请求)并把它们分解成Parcels(Marshalling,类序列化),随后提交事务(transaction)到Binder内核驱动并阻塞。在另一边(服务端进程)存根监听Binder内核驱动,并把从回调中接收到的Parcels重组成服务端能理解的对象和数据类型。

当客户端向服务端发起一个调用时,它在分解后的数据中(Parcels)携带表示调用方法的代码。该调用称为事务(transaction)。客户端的Binder对象调用transact(),反之服务端Binder对象调用onTransact()来处理该调用。一个向transact()发起的调用在默认情况下会阻塞客户端线程,直到onTransact()在远程线程中执行完毕。

onTransact()方法在Binder线程池里取出的一个单独线程中执行。线程池中的最大线程数是16,意味着可以并发处理16个远程方法调用(确保处理多线程问题及线程安全)。

对于双向通信,服务端亦可发起事务,此时服务端变成了“客户端”,事务在客户端的Binder线程中被处理。只要服务端在执行onTransact()调用时发起一个事务,客户端将会在等待第一个事务完成的线程里接收该事务,而不是一个Binder线程。

如果你不想transact()阻塞,可以传递IBinder.FlAG_ONEWAY标志来立即返回,不用等待任何返回值。

注意:整个IPC通过在Linux内核中的Binder驱动完成。跨进程通信无法直接完成,只有通过内核。Binder驱动是让这成为可能的内核模块。

在下一篇文章里,我们将会涉及AIDL的IPC,在那里会对上述的内容有更好的理解。

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