Binder c++试验、分析与理解
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文章目录
1. Binder系统_c++实现
1.1 程序结构
1.2 程序结构
- 抽象共同的部分为接口，BnHelloService实现native方法，实现提供具体的服务。BpHelloservice实现服务的代理，服务使用的实现。
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- server端和client端，server端添加服务，进入循环体等待client端调用。client端得到服务，通过得到的服务，调用服务中的函数。
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1.3 具体代码
- IHelloService.h
定义IHelloservice接口，声明BnHelloservice。
#define HELLO_SVR_CMD_SAYHELLO 0
#define HELLO_SVR_CMD_SAYHELLO_TO 1
namespace android{
class IHelloService: public IInterface
{
public:
DECLARE_META_INTERFACE(HelloService);
virtual void sayhello(viod) = 0;
virtual int sayhello_to(const char *name) = 0;
};
//继承IHelloService接口
class BnHelloService:public BnInterface<IHelloService>
{
public:
virtual status_t onTransact( uint32_t code,
const Parcel& data,
Parcel* reply,
uint32_t flags = 0);
virtual void sayhello(void);
virtual int sayhello_to(const char *name);
};
- BnHelloService.cpp
namespace android{
//收到binder调用，来解析传过来的数据
status_t onTransact( uint32_t code,
const Parcel& data,
Parcel* reply,
uint32_t flags = 0)
{
/* 解析数据，调用sayhello/sayhello_to*/
switch (code) {
case HELLO_SVR_CMD_SAYHELLO: {
sayhello();
return NO_ERROR;
} break;
case HELLO_SVR_CMD_SAYHELLO_TO: {
/*取出传入的数据*/
int32_t policy = data.readInt32();
String16 name16 = data.readString16();
String8 name8(name16);
/*调用执行函数*/
int ret = sayhello_to(name8);
/*把返回值返回回去*/
reply->writeInt32(ret);
return NO_ERROR;
} break;
default:
return BBinder::onTransact( code, data, reply, flags);
}
}
void sayhello(void)
{
static int cnt = 0;
ALOGD("say hello : %d", cnt++);
}
int sayhello_to(const char *name)
{
static int cnt = 0;
ALOGD("say hello to %s : %d", name, cnt++);
}
Binder native实现，收到Binder的Bp端调用后，进入onTransact函数，解析数据并调用native方法。
- BpHelloService.cpp
namespace android{
class BpHelloService: public BpInterface<IHelloService>
{
public:
BpHelloService(const sp<IBinder>& impl)
: BpInterface<IHelloService>(impl)
{
}
void sayhello(void)
{
Parcel data, reply;
data.writeInt32(0);
remote()->transact(HELLO_SVR_CMD_SAYHELLO, data, &reply);
}
int sayhello_to(const char *name)
{
Parcel data, reply;
data.writeInterfaceToken(IMediaPlayerService::getInterfaceDescriptor());
data.writeStrongBinder(IInterface::asBinder(client));
data.writeInt32(audioSessionId);
remote()->transact(CREATE, data, &reply);
return interface_cast<IMediaPlayer>(reply.readStrongBinder());
}
}
IMPLEMENT_META_INTERFACE(HelloService, "android.media.IHelloService");
}
Binder 代理端，实现了数据构造和消息发送。
- test_server.cpp
using namespace android;
void main(void)
{
/*addService*/
/*while(1){读取数据，解析数据，根据数据调用服务函数}*/
/*打开binder驱动，mmap*/
sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());
/*获取BpServiceManager*/
sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
ALOGI("ServiceManager: %p", sm.get());
/*添加服务*/
sm->addService(String16("hello"), new BnHelloService());
/*开启循环，线程池使用场景*/
ProcessState::self()->startThreadPool();
IPCThreadState::self()->joinThreadPool();
}
获取ServiceManager的binder代理Bp，然后调用服务中的方法添加服务，为本服务进程创建线程池。进入循环体，等待客户端使用。
- test_client.cpp
int main(int argc, char **argv)
{
if(argc < 2){
ALOGD("Help:");
ALOGD("%s <hello>", argv[0]);
ALOGD("%s <hello> <name>",argv[0]);
return -1;
}
/*获得service*/
/*打开binder驱动，mmap*/
sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());
/*获取BpServiceManager*/
sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
sp<IBinder> binder = sm->getService(String16("hello"));
if(binder == 0){
ALOGD("error: can't get hello service");
return -1;
}
//interface_cast<Interface>(binder句柄)，通过句柄转化为服务
sp<IHelloService> service = interface_cast<IHelloService>(binder);
if(argv < 3){
ALOGD("client call sayhello");
service->sayhello();
} else if(argv = 3){
ALOGD("client call sayhello_to : %s", argv[2]);
int ret = service->sayhello_to(argv[2]);
ALOGD("service sayhello_to return ret = %d", ret);
}
}
和service端一样，先获取BpServiceManager，然后调用sm中的方法得到服务。通过interface_cast转化binder句柄得到服务，通过服务调用BpHelloService中的方法，再通过binder调用到BnHelloService中的方法。这部分的具体调用过程下节分析。
1.4 测试
t7-p1:/ # logcat | grep HelloService &
[1] 19137 19138
t7-p1:/ # cd system/bin/
t7-p1:/system/bin # ./test_server &
[2] 22678
t7-p1:/system/bin # 01-01 08:02:05.613 22678 22678 I HelloService: ServiceManager: 0xb6a99360
t7-p1:/system/bin # ./test_client hello
01-01 08:02:20.548 25031 25031 D HelloService: client call sayhello
01-01 08:02:20.548 22678 22678 D HelloService: HelloService :say hello : 0
t7-p1:/system/bin # ./test_client hello cuishang
01-01 08:02:25.947 25684 25684 D HelloService: client call sayhello_to : cuishang
01-01 08:02:25.947 22678 22691 D HelloService: HelloService:say hello to cuishang : 0
01-01 08:02:25.948 25684 25684 D HelloService: service sayhello_to return ret = 1
测试成功，先启动server，然后执行client。能够调用到server的方法。
这里先梳理一波，相比c程序，使用了android的Binder驱动和ServiceManager，抽象出了IHelloService接口，BpHelloService和BnHelloService类，Bp(Binder proxy)属于客户端，Binder的服务代理。app通过调Bp进而调用到BnHelloService。BpHelloService属于服务端，
2. Binder系统_c++实现_内部机制
2.1 获取BpServiceManager的对象
- 无论server端还是client端首先都要，获得BpServiceManager对象过程：
//步骤1
sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());
//步骤2
sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
步骤1. 在Android系统中，只要涉及到Binder通讯过程都需要存在依据，也就是Android Framework经常出现的一条语句。
ProcessState::self()函数是ProcessState类中的一个静态函数，属于这个类，不属于某个具体的对象。
class ProcessState : public virtual RefBase
{
public:
static sp<ProcessState> self();
...
}
具体函数：
Mutex gProcessMutex;
sp<ProcessState> gProcess;//全局变量
...
sp<ProcessState> ProcessState::self()
{
Mutex::Autolock _l(gProcessMutex);
if (gProcess != NULL) {
return gProcess;
}
gProcess = new ProcessState;
return gProcess;
}
从函数中可以看到单例模式，gProcess是ProcessState类的对象，在每个进程中只有一个。
接下来看下ProcessState的构造函数：
ProcessState::ProcessState(const char *driver)
: mDriverFD(open_driver(driver))
...
, mMaxThreads(DEFAULT_MAX_BINDER_THREADS)
...
{
if (mDriverFD >= 0) {
// mmap the binder, providing a chunk of virtual address space to receive transactions.
mVMStart = mmap(0, BINDER_VM_SIZE, PROT_READ, MAP_PRIVATE | MAP_NORESERVE, mDriverFD, 0);
...
}
...
}
首先打开binder驱动，在binder驱动中，会为当前进程创建binder节点，构造binder在内核空间所需要的数据结构。这部分不清楚的可以看文章 《Binder系统_驱动情景分析》
mDriverFD(open_driver(driver))
然后设置当前进程的最大线程数：
mMaxThreads(DEFAULT_MAX_BINDER_THREADS)
然后当打开binder驱动成功，对内核空间的内存进行映射到用户空间：
mVMStart = mmap(0, BINDER_VM_SIZE, PROT_READ, MAP_PRIVATE | MAP_NORESERVE, mDriverFD, 0);
其中mVMStart就是用户空间虚拟内存的首地址。当前进程就可以通过操作此地址来直接操作内核空间的内存。
所以ProcessState::self() == gProcess，ProcessState的对象，包含当前进程的binder信息。
步骤2. 获取sm的服务。
首先分析defaultServiceManager //IServiceManager.cpp
sp<IServiceManager> defaultServiceManager()
{
if (gDefaultServiceManager != NULL) return gDefaultServiceManager;
{
AutoMutex _l(gDefaultServiceManagerLock);
while (gDefaultServiceManager == NULL) {
gDefaultServiceManager = interface_cast<IServiceManager>(
ProcessState::self()->getContextObject(NULL));
if (gDefaultServiceManager == NULL)
sleep(1);
}
}
return gDefaultServiceManager;
}
同样也是一个单例模式，获得一个IServiceManager的对象gDefaultServiceManager。
其中interface_cast：把BpBinder（mHandle=0）对象转换为IServiceManager接口实例BpServiceManager的对象。
template<typename INTERFACE>
inline sp<INTERFACE> interface_cast(const sp<IBinder>& obj)
{
return INTERFACE::asInterface(obj);
}
接下来继续分析 ProcessState::self()->getContextObject(NULL)
由步骤1分析的知ProcessState::self()为当前进程包含binder信息ProcessState的对象。
ProcessState::getContextObject(NULL);
sp<IBinder> ProcessState::getContextObject(const sp<IBinder>& /*caller*/)
{
return getStrongProxyForHandle(0);
}
继续跟踪getStrongProxyForHandle，传入的参数为0：
sp<IBinder> ProcessState::getStrongProxyForHandle(int32_t handle)
{
...
handle_entry* e = lookupHandleLocked(handle);
if (e != NULL) {
...
b = new BpBinder(handle);
e->binder = b;
if (b) e->refs = b->getWeakRefs();
result = b;
...
return result;
}
继续跟踪b = new BpBinder(handle);
BpBinder::BpBinder(int32_t handle)
: mHandle(handle)
, mAlive(1)
, mObitsSent(0)
, mObituaries(NULL)
{
ALOGV("Creating BpBinder %p handle %d\n", this, mHandle);
extendObjectLifetime(OBJECT_LIFETIME_WEAK);
IPCThreadState::self()->incWeakHandle(handle);
}
handle = 0 = mHandle
因为sm的binder节点handle为0。通过interface_cast的转化后最终得到BpServiceManager类的对象，即sm。所以BpServiceManager为sm的代理类。
2.2 获得BpHelloService对象
首先server端添加服务
/*添加服务*/
sm->addService(String16("hello"), new BnHelloService());
/*开启循环，线程池使用场景*/
ProcessState::self()->startThreadPool();
IPCThreadState::self()->joinThreadPool();
通过调用sm的方法，传入字符串“hello”和binder本地实现类的对象，添加一个Hello服务。
然后开启线程池使进程进入循环。
然后client端获取服务
步骤1
sp<IBinder> binder = sm->getService(String16("hello"));
if(binder == 0){
ALOGD("error: can't get hello service");
return -1;
}
步骤2
//interface_cast<Interface>(binder句柄)，通过句柄转化为服务
sp<IHelloService> service = interface_cast<IHelloService>(binder);
步骤1. 调用BpServiceManager的getService函数获得一个flat_binder_object。
virtual sp<IBinder> getService(const String16& name) const
{
unsigned n;
for (n = 0; n < 5; n++){
sp<IBinder> svc = checkService(name);
if (svc != NULL) return svc;
ALOGI("Waiting for service %s...\n", String8(name).string());
sleep(1);
}
return NULL;
}
checkService：
virtual sp<IBinder> checkService( const String16& name) const
{
Parcel data, reply;
data.writeInterfaceToken(IServiceManager::getInterfaceDescriptor());
data.writeString16(name);
remote()->transact(CHECK_SERVICE_TRANSACTION, data, &reply);
return reply.readStrongBinder();
}
通过 remote()->transact发送数据，经过驱动程序后传递到sm的svcmgr_handler函数。这部分的具体调用放到本章节第三小节中分析。
int svcmgr_handler(struct binder_state *bs,
struct binder_transaction_data *txn,
struct binder_io *msg,
struct binder_io *reply)
{
...
switch(txn->code) {
case SVC_MGR_GET_SERVICE:
case SVC_MGR_CHECK_SERVICE:
s = bio_get_string16(msg, &len);
if (s == NULL) {
return -1;
}
handle = do_find_service(s, len, txn->sender_euid, txn->sender_pid);
if (!handle)
break;
bio_put_ref(reply, handle);
return 0;
...
}
do_find_service查找服务，这里就不继续展开了，跟着这个函数往下追很容易追到，结果是通过扫描一个列表，对名字进行匹配，然后得到一个整数，即hello service的handle值。
分析 reply.readStrongBinder();
status_t Parcel::readStrongBinder(sp<IBinder>* val) const
{
return unflatten_binder(ProcessState::self(), *this, val);
}
sp<IBinder> Parcel::readStrongBinder() const
{
sp<IBinder> val;
readStrongBinder(&val);
return val;
}
status_t unflatten_binder(const sp<ProcessState>& proc,
const Parcel& in, sp<IBinder>* out)
{
const flat_binder_object* flat = in.readObject(false);
if (flat) {
switch (flat->type) {
case BINDER_TYPE_BINDER:
*out = reinterpret_cast<IBinder*>(flat->cookie);
return finish_unflatten_binder(NULL, *flat, in);
case BINDER_TYPE_HANDLE:
*out = proc->getStrongProxyForHandle(flat->handle);
return finish_unflatten_binder(
static_cast<BpBinder*>(out->get()), *flat, in);
}
}
return BAD_TYPE;
}
一直调用到unflatten_binder，由于是返回handle走的是case BINDER_TYPE_HANDLE，*out = proc->getStrongProxyForHandle(flat->handle);
sp<IBinder> ProcessState::getStrongProxyForHandle(int32_t handle)
{
...
handle_entry* e = lookupHandleLocked(handle);
if (e != NULL) {
...
b = new BpBinder(handle);
e->binder = b;
if (b) e->refs = b->getWeakRefs();
result = b;
...
return result;
}
有调用到getStrongProxyForHandle，与之前不同的是，之前handle是为0，现在的handle是helllo service在sm中的handle值。
sp<IHelloService> service = interface_cast<IHelloService>(binder);
然后通过interface_cast 把binder转换为IHelloService接口(BpHelloService对象)。
2.3 代理类如何发送数据
以BpHelloService为例：
int sayhello_to(const char *name)
{
Parcel data, reply;
步骤1
data.writeInt32(0);
data.writeString16(String16(name));
步骤2
remote()->transact(HELLO_SVR_CMD_SAYHELLO_TO, data, &reply);
return reply.readInt32();
}
步骤1. 构造数据。
步骤2. 调用remote->transact来发送数据。
remote的来源：
class BpHelloService: public BpInterface<IHelloService>
class BpInterface : public INTERFACE, public BpRefBase
BpHelloService继承自BpInterface，BpInterface继承自BpRefBase。
看下BpRefBase：
class BpRefBase : public virtual RefBase
{
protected:
BpRefBase(const sp<IBinder>& o);
virtual ~BpRefBase();
virtual void onFirstRef();
virtual void onLastStrongRef(const void* id);
virtual bool onIncStrongAttempted(uint32_t flags, const void* id);
inline IBinder* remote() { return mRemote; }
inline IBinder* remote() const { return mRemote; }
private:
BpRefBase(const BpRefBase& o);
BpRefBase& operator=(const BpRefBase& o);
IBinder* const mRemote;
RefBase::weakref_type* mRefs;
std::atomic<int32_t> mState;
};
其中remote = mRemote 返回的是BpBinder的对象，调用BpBinder对象的transact函数。
status_t BpBinder::transact(
uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)
{
// Once a binder has died, it will never come back to life.
if (mAlive) {
status_t status = IPCThreadState::self()->transact(
mHandle, code, data, reply, flags);
if (status == DEAD_OBJECT) mAlive = 0;
return status;
}
return DEAD_OBJECT;
}
也就是调用binder中的transact发送给hello service。
下面是照抄韦东山老师画的类图，对于理解有很大帮助。
BpServiceManager类继承关系：
BpBinder类继承关系：
HelloService服务类继承关系：
