HwBinder原理总结-Android10.0 HwBinder通信原理(十一)

摘要：本节主要来进行Android10.0 HwBinder的原理总结

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《系统启动篇》

Android系统架构
Android是怎么启动的
Android 10.0系统启动之init进程
Android10.0系统启动之Zygote进程
Android 10.0 系统启动之SystemServer进程
Android 10.0 系统服务之ActivityMnagerService
Android10.0系统启动之Launcher(桌面)启动流程
Android10.0应用进程创建过程以及Zygote的fork流程
Android 10.0 PackageManagerService（一）工作原理及启动流程
Android 10.0 PackageManagerService（二）权限扫描
Android 10.0 PackageManagerService（三）APK扫描
Android 10.0 PackageManagerService（四）APK安装流程

《日志系统篇》

Android10.0 日志系统分析(一)-logd、logcat 指令说明、分类和属性
Android10.0 日志系统分析(二)-logd、logcat架构分析及日志系统初始化
Android10.0 日志系统分析(三)-logd、logcat读写日志源码分析
Android10.0 日志系统分析(四)-selinux、kernel日志在logd中的实现

《Binder通信原理》：

Android10.0 Binder通信原理(一)Binder、HwBinder、VndBinder概要
Android10.0 Binder通信原理(二)-Binder入门篇
Android10.0 Binder通信原理(三)-ServiceManager篇
Android10.0 Binder通信原理(四)-Native-C\C++实例分析
Android10.0 Binder通信原理(五)-Binder驱动分析
Android10.0 Binder通信原理(六)-Binder数据如何完成定向打击
Android10.0 Binder通信原理(七)-Framework binder示例
Android10.0 Binder通信原理(八)-Framework层分析
Android10.0 Binder通信原理(九)-AIDL Binder示例
Android10.0 Binder通信原理(十)-AIDL原理分析-Proxy-Stub设计模式
Android10.0 Binder通信原理(十一)-Binder总结

《HwBinder通信原理》

HwBinder入门篇-Android10.0 HwBinder通信原理(一)
HIDL详解-Android10.0 HwBinder通信原理(二)
HIDL示例-C++服务创建Client验证-Android10.0 HwBinder通信原理(三)
HIDL示例-JAVA服务创建-Client验证-Android10.0 HwBinder通信原理(四)
HwServiceManager篇-Android10.0 HwBinder通信原理(五)
Native层HIDL服务的注册原理-Android10.0 HwBinder通信原理(六)
Native层HIDL服务的获取原理-Android10.0 HwBinder通信原理(七)
JAVA层HIDL服务的注册原理-Android10.0 HwBinder通信原理(八)
JAVA层HIDL服务的获取原理-Android10.0 HwBinder通信原理（九）
HwBinder驱动篇-Android10.0 HwBinder通信原理(十)
HwBinder原理总结-Android10.0 HwBinder通信原理(十一)

《编译原理》

编译系统入门篇-Android10.0编译系统（一）
编译环境初始化-Android10.0编译系统（二）
make编译过程-Android10.0编译系统（三）
Image打包流程-Android10.0编译系统（四）
Kati详解-Android10.0编译系统（五）

1 概述

HwBinder的通信原理基本上都已经说完，这一节我们做一个简单的概要总结。

2 HwBinder通信模型

下图中涉及到HwBinder模型的4类角色：HwBinder驱动，HwServiceManager，Server和Client。Binder机制的目的是实现IPC(Inter-Process Communication)，即Client和Server之间的通信。

其中Server，Client，HwServiceManager运行于用户空间，HwBinder驱动运行于内核空间。这四个角色的关系和互联网类似：Server是服务器，Client是客户终端，HwServiceManager是域名服务器（DNS），驱动是路由器。

3 HwBinder的架构

4 HwBinder的通信原理

HwBinder 通信采用 C/S 架构，从组件视角来说，包含 Client、 Server、 HwServiceManager 以及 HwBinder 驱动，其中 HwServiceManager 用于管理系统中的各种服务。

HwBinder 在 framework 层进行了封装，通过 JNI 技术调用 Native（C/C++）层的 HwBinder 架构。

HwBinder 在 Native 层以 ioctl 的方式与 Binder 驱动通讯。

HwBinder通信流程如下：

首先服务端需要向HwServiceManager进行服务注册，HwServiceManager有一个全局的service列表mServiceMap，用来缓存所有服务的对象和name。
客户端与服务端通信，需要拿到服务端的对象，由于进程隔离，客户端拿到的其实是服务端的代理，也可以理解为引用。客户端通过HwServiceManager从mServiceMap中查找服务，HwServiceManager返回服务的代理。
拿到服务对象后，我们需要向服务发送请求，实现我们需要的功能。通过 BpHwBinder 将我们的请求参数发送给内核，通过共享内存的方式使用内核方法 copy_from_user() 将我们的参数先拷贝到内核空间，这时我们的客户端进入等待状态。然后 Binder 驱动向服务端的 todo 队列里面插入一条事务，执行完之后把执行结果通过 copy_to_user() 将内核的结果拷贝到用户空间（这里只是执行了拷贝命令，并没有拷贝数据，binder只进行一次拷贝），唤醒等待的客户端并把结果响应回来，这样就完成了一次通讯。

在这里其实会存在一个问题，Client和Server之间通信是称为进程间通信，使用了HwBinder机制，那么Server和HwServiceManager之间通信也叫进程间通信，Client和Server之间还会用到HwServiceManager，也就是说HwBinder进程间通信通过HwBinder进程间通信来完成，这就好比是孵出鸡前提却是要找只鸡来孵蛋，这是怎么实现的呢？

HwBinder的实现比较巧妙：预先创造一只鸡来孵蛋：HwServiceManager和其它进程同样采用HwBinder通信，HwServiceManager是Server端，有自己的HwBinder对象（实体），其它进程都是Client，需要通过这个HwBinder的引用来实现HwBinder的注册，查询和获取。

HwServiceManager提供的HwBinder比较特殊，它没有名字也不需要注册，当一个进程使用BINDER_SET_CONTEXT_MGR_EXT命令将自己注册成HwServiceManager时HwBinder驱动会自动为它创建HwBinder实体（这就是那只预先造好的鸡）。

其次这个HwBinder的引用在所有Client中都固定为0(handle=0)而无须通过其它手段获得。也就是说，一个Server若要向HwServiceManager注册自己HwBinder就必需通过0这个引用号和HwServiceManager的Binder通信。

类比网络通信，0号引用就好比域名服务器的地址，你必须预先手工或动态配置好。要注意这里说的Client是相对HwServiceManager而言的，一个应用程序可能是个提供服务的Server，但对HwServiceManager来说它仍然是个Client。

5 HwBinder传输过程

Binder-IPC机制，就是指在进程间传输数据（binder_transaction_data），一次数据的传输，称为事务（binder_transaction）。

对于多个不同进程向同一个进程发送事务时，这个同一个进程或线程的事务需要串行执行，在HwBinder驱动中为binder_proc和binder_thread都有todo队列。

也就是说对于进程间的通信，就是发送端把binder_transaction节点，插入到目标进程或其子线程的todo队列中，等目标进程或线程不断循环地从todo队列中取出数据并进行相应的操作。

在Binder驱动层，每个接收端进程都有一个todo队列，用于保存发送端进程发送过来的binder请求，这类请求可以由接收端进程的任意一个空闲的binder线程处理。

接收端进程存在一个或多个binder线程，在每个binder线程里都有一个todo队列，也是用于保存发送端进程发送过来的binder请求，这类请求只能由当前binder线程来处理。

binder线程在空闲时进入可中断的休眠状态，当自己的todo队列或所属进程的todo队列有新的请求到来时便会唤醒，如果是由所需进程唤醒的，那么进程会让其中一个线程处理响应的请求，其他线程再次进入休眠状态。

6 HwBinder协议码流程

Android9.0及之后的协议码流程：

Android做了deferred_thread_work，延迟 TRANSACTION_COMPLETE，因此不会立即返回到用户空间；这允许目标进程立即开始处理此事务，从而减少延迟。然后，当目标回复（或出现错误）时，我们将返回TRANSACTION_COMPLETE。

7.HwServiceManager的服务管理

HwServiceManager作为HwBinder的守护进程，主要作用就是收集各个硬件服务，当有进程需要服务时由 HwServiceManager 提供特定的硬件服务。

这些硬件服务，就是我们常说的HIDL服务，这些服务被注册到HwServiceManger的mServiceMap 这个map列表中，当有Client需要获取服务对象时，就从该map中取出HIDL服务的对象，进行转换供Client使用。

HwServiceManager中hidl服务的管理map：

8 Native层HIDL服务与Client交互流程

在IDemo的HIDL服务和client调用过程中，IDemo的服务为Server端，Client为客户端。

9 JAVA层HIDL服务与Client交互流程

JAVA层 Client和Server的对象转换如下图所示：

IDemo服务端接收到CLient的请求后，根据下图的流程，最终流转到服务实体的onTransact()中，对解析出来的Parcel数据进行处理。

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