月薪不同的三人去面試,面試官問道:各自談談對 binder 的理解?

面試官提了一個問題,我們來看看 、 和 ️ 三位同學的表現如何吧


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面試官️:談談你對 binder 的理解

A:binder 是用來跨進程通信的,可以分爲 client、server、binder 驅動以及 service manager 四部分。

面試官:一次拷貝原理知道嗎?

A:不太清楚,其實對應用開發來說,沒必要知道的。

面試官:好的,回去等通知吧


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面試官:談談你對 binder 的理解

B:binder 是一種 IPC 方式,相比於 Linux 原有的管道、共享內存、Socket 等,它通過 mmap 實現一次拷貝,比 Socket 、管道傳輸速度更快,比共享內存更安全可控,是 Android 系統中主要的 IPC 通信方式。

面試官:Intent 傳參有大小限制,這跟 binder 有關係嗎?

B:嗯... 應該有關係吧

面試官:binder 是如何限制這個大小的?

B:這個不瞭解,我還沒有深入看過相關源碼。

面試官:好的,回去等通知吧


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面試官:談談你對 binder 的理解

️C:binder 是 Android 中主要的跨進程通信方式,binder 驅動和 service manager 分別相當於網絡協議中的路由器和 DNS,並基於 mmap 實現了 IPC 傳輸數據時只需一次拷貝。

binder 包括 BinderProxy、BpBinder 等各種 Binder 實體,以及對 binder 驅動操作的 ProcessState、IPCThreadState 封裝,再加上 binder 驅動內部的結構體、命令處理,整體貫穿 Java、Native 層,涉及用戶態、內核態,往上可以說到 Service、AIDL 等,往下可以說到 mmap、binder 驅動設備,是相當龐大、繁瑣的一個機制。

我自己來談的話,一天時間都不夠,還是問我具體的問題吧。

面試官:基於 mmap 又是如何實現一次拷貝的?

️C:其實很簡單,我來畫一個示意圖吧:

 

月薪不同的三人去面試,面試官問道:各自談談對 binder 的理解?

 

 

Client 與 Server 處於不同進程有着不同的虛擬地址規則,所以無法直接通信。而一個頁框可以映射給多個頁,那麼就可以將一塊物理內存分別與 Client 和 Server 的虛擬內存塊進行映射。

如圖, Client 就只需 copy_from_user 進行一次數據拷貝,Server 進程就能讀取到數據了。另外映射的虛擬內存塊大小將近 1M (1M-8K),所以 IPC 通信傳輸的數據量也被限制爲此值。

面試官:怎麼理解頁框和頁?

️C:頁框是指一塊實際的物理內存,頁是指程序的一塊內存數據單元。內存數據一定是存儲在實際的物理內存上,即頁必然對應於一個頁框,頁數據實際是存儲在頁框上的。

頁框和頁一樣大,都是內核對內存的分塊單位。一個頁框可以映射給多個頁,也就是說一塊實際的物理存儲空間可以映射給多個進程的多個虛擬內存空間,這也是 mmap 機制依賴的基礎規則。

面試官:簡單說下 binder 的整體架構吧

C:再來畫一個簡單的示意圖吧,這是一個比較典型的、兩個應用之間的 IPC 通信流程圖:

binder_design.jpg

月薪不同的三人去面試,面試官問道:各自談談對 binder 的理解?

 

 

Client 通過 ServiceManager 或 AMS 獲取到的遠程 binder 實體,一般會用 Proxy 做一層封裝,比如 ServiceManagerProxy、 AIDL 生成的 Proxy 類。而被封裝的遠程 binder 實體是一個 BinderProxy

BpBinder 和 BinderProxy 其實是一個東西:遠程 binder 實體,只不過一個 Native 層、一個 Java 層,BpBinder 內部持有了一個 binder 句柄值 handle。

ProcessState 是進程單例,負責打開 Binder 驅動設備及 mmap;IPCThreadState 爲線程單例,負責與 binder 驅動進行具體的命令通信。

由 Proxy 發起 transact() 調用,會將數據打包到 Parcel 中,層層向下調用到 BpBinder ,在 BpBinder 中調用 IPCThreadState 的 transact() 方法並傳入 handle 句柄值,IPCThreadState 再去執行具體的 binder 命令。

由 binder 驅動到 Server 的大概流程就是:Server 通過 IPCThreadState 接收到 Client 的請求後,層層向上,最後回調到 Stub 的 onTransact() 方法。

當然這不代表所有的 IPC 流程,比如 Service Manager 作爲一個 Server 時,便沒有上層的封裝,也沒有藉助 IPCThreadState,而是初始化後通過 binder_loop() 方法直接與 binder 驅動通信的。

面試官:可以,我們再來聊聊別的。


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