一 Media Service进程启动

Init.rc中描述的service对应linux 的进程:

Media进程定义:

service media /system/bin/mediaserverclass mainuser mediagroup audio camera inet net_bt net_bt_admin net_bw_acct drmrpcioprio rt 4

servicemanager 进程定义:

service servicemanager /system/bin/servicemanagerclass coreuser systemgroup system

  Media中有很多Native Service(AudioFlinger MediaPlayerService CameraService 
AudioPolicyService等),整个Android(native或者framework)的Service都需要加入
servicemanager中进行统一管理。
  那么Media Process 与ServiceManager Process是如何进行通信的呢——Binder.
通过Media Process中使用binder进行完成IPC过程,学习Binder的概念和使用方法。

\frameworks\av\media\mediaserver\ main_mediaserver.cpp:

int main(int argc, char** argv)
{//创建ProcessState 当前进程属性sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());//IServiceManager对象sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();//初始化MediaPlayerService服务对象
    MediaPlayerService::instantiate();……//启动进程的线程池ProcessState::self()->startThreadPool();//执行线程消息循环IPCThreadState::self()->joinThreadPool();
}

  Sp:指针运算符和普通运算符的重载 StrongPointer。

二 Media Process执行过程

1 ProcessState对象创建

当前进程的状态属性,对象创建:

sp<ProcessState> ProcessState::self()
{Mutex::Autolock _l(gProcessMutex);if (gProcess != NULL) {return gProcess;}gProcess = new ProcessState;return gProcess;
}

ProcessState构造函数:

ProcessState::ProcessState(): mDriverFD(open_driver())    //打开binder驱动设备
    , mVMStart(MAP_FAILED), mManagesContexts(false), mBinderContextCheckFunc(NULL), mBinderContextUserData(NULL), mThreadPoolStarted(false), mThreadPoolSeq(1)
{if (mDriverFD >= 0) {//将binder的fd映射到当前进程虚拟空间地址中 与binder进行交互mVMStart = mmap(0, BINDER_VM_SIZE, PROT_READ, MAP_PRIVATE | MAP_NORESERVE, mDriverFD, 0);}
}

打开binder设备:

static int open_driver()
{//打开binder设备驱动int fd = open("/dev/binder", O_RDWR);if (fd >= 0) {//bidner最大支持线程数size_t maxThreads = 15;result = ioctl(fd, BINDER_SET_MAX_THREADS, &maxThreads);}return fd;
}

ProcessState对象创建过程所做的事:
  打开/dev/binder设备,得到binder设备的fd;
  将bidner设备fd映射到当前进程虚拟地址空间建立交互的通道;

2 IServiceManager对象创建
  sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
为什么需要一个IServiceManager对象呢,这个类是个抽象提供接口

class IServiceManager : public IInterface
{virtual sp<IBinder> getService( const String16& name) const = 0;virtual status_t addService( const String16& name,const sp<IBinder>& service,bool allowIsolated = false) = 0;……
};

  通过IServiceManager派生对象操作将Service加入到ServiceManager中.

defaultServiceManager()函数:

sp<IServiceManager> defaultServiceManager()
{//单例对象if (gDefaultServiceManager != NULL) return gDefaultServiceManager;AutoMutex _l(gDefaultServiceManagerLock);if (gDefaultServiceManager == NULL) {//创建对象gDefaultServiceManager = interface_cast<IServiceManager>(ProcessState::self()->getContextObject(NULL));}return gDefaultServiceManager;
} 

ProcessState::self()->getContextObject(NULL):得到一个IBinder对象

  ProcessState::self()刚才所创建的ProcessState对象。

sp<IBinder> ProcessState::getContextObject(const sp<IBinder>& caller)
{return getStrongProxyForHandle(0);
}sp<IBinder> ProcessState::getStrongProxyForHandle(int32_t handle)
{sp<IBinder> result;AutoMutex _l(mLock);//从表中查询一个handle对应的handle_entry //若没有则创建一个 handle == 0handle_entry* e = lookupHandleLocked(handle);if (e != NULL) {IBinder* b = e->binder;if (b == NULL || !e->refs->attemptIncWeak(this)) {//handle_entry对象成员初始化 创建handle=0的BpBinder b = new BpBinder(handle); e->binder = b;if (b) e->refs = b->getWeakRefs();result = b;}}return result;
}

  handle_entry是什么呢?

      struct handle_entry {IBinder* binder;RefBase::weakref_type* refs;};

  也就是说ProcessState 有一个表Vector<handle_entry>mHandleToObject;

表里面的每一项存储了一个binder,每一个binder对应一个handle。

  

  Handle = 0是什么,句柄? 代表谁的句柄——ServiceManager在binder中的资源。
从ProcessState::self()->getContextObject(NULL)得到一个 IBinder——BpBinder(0);
于是得到:
  gDefaultServiceManager = interface_cast<IServiceManager>(BpBinder(0));

使用interface_cast将IBinder实例转化成IServiceManager实例。

3 interface_cast函数

\frameworks\native\include\binder\IInterface.h:

interface_cast是个内联模板函数: 

template<typename INTERFACE>
inline sp<INTERFACE> interface_cast(const sp<IBinder>& obj)
{return INTERFACE::asInterface(obj);
}

结合前面就是:

inline sp<IServiceManager> interface_cast(const sp<IBinder>& obj)
{return IServiceManager::asInterface(obj);
}

所以需要到IServiceManager里面去看看是如何实现的

4 IServiceManager类

\frameworks\native\include\binder\IServiceManager.h:

IServiceManager是一个抽象类:

class IServiceManager : public IInterface
{public://宏声明
    DECLARE_META_INTERFACE(ServiceManager);virtual sp<IBinder> getService( const String16& name) const = 0;virtual status_t addService( const String16& name,const sp<IBinder>& service,bool allowIsolated = false) = 0;……
}

DECLARE_META_INTERFACE声明:

#define DECLARE_META_INTERFACE(INTERFACE)                               \static const android::String16 descriptor;                          \static android::sp<I##INTERFACE> asInterface(                       \const android::sp<android::IBinder>& obj);                  \virtual const android::String16& getInterfaceDescriptor() const;    \I##INTERFACE();                                                     \virtual ~I##INTERFACE();                                            \ 

替换成IServiceManager:

//实现时传入:android.os.IServiceManager
static const android::String16 descriptor;
static android::sp<IServiceManager> asInterface(
const android::sp<android::IBinder>& obj);
virtual const android::String16& getInterfaceDescriptor() const;
//构造析构函数
IServiceManager();
virtual ~IServiceManager(); 

实现\frameworks\native\include\binder\IServiceManager.cpp:

IMPLEMENT_META_INTERFACE(ServiceManager, "android.os.IServiceManager");

IMPLEMENT_META_INTERFACE实现:
看一下asInterface接口:

#define IMPLEMENT_META_INTERFACE(INTERFACE, NAME)                       \android::sp<I##INTERFACE> I##INTERFACE::asInterface(                \const android::sp<android::IBinder>& obj)                   \{                                                                   \android::sp<I##INTERFACE> intr;                                 \if (obj != NULL) {                                              \intr = static_cast<I##INTERFACE*>(                          \obj->queryLocalInterface(                               \I##INTERFACE::descriptor).get());               \if (intr == NULL) {                                         \intr = new Bp##INTERFACE(obj);                          \}                                                           \}                                                               \return intr;                                                    \
}                                             \

替换成IServiceManager:

android::sp<IServiceManager> IServiceManager::asInterface(                const android::sp<android::IBinder>& obj)
{   //obj BpBinder实例                                                                android::sp<IServiceManager> intr;                                if (obj != NULL) {//返回NULL                                        intr = static_cast<IServiceManager*>(                          obj->queryLocalInterface(                               IServiceManager::descriptor).get());              if (intr == NULL) {                                         intr = new BpServiceManager(obj);                          }                                                           }                                                               return intr;
}

这里得到IServiceManager 实例:

  BpServiceManager:new BpServiceManager(new BpBinder(0));

5 BpServiceManager 和 BpInterface类

\frameworks\native\libs\binder\ IServiceManager.cpp:BpServiceManager

class BpServiceManager : public BpInterface<IServiceManager>
{
public://impl就是 new BpBinder(0)BpServiceManager(const sp<IBinder>& impl): BpInterface<IServiceManager>(impl){}virtual sp<IBinder> checkService(const String16& name) const{……remote()->transact(CHECK_SERVICE_TRANSACTION, data, &reply);}virtual status_t addService(const String16& name, const sp<IBinder>& service,bool allowIsolated){……remote()->transact(ADD_SERVICE_TRANSACTION, data, &reply);}
}

\frameworks\native\include\binder\ IInterface.h:模板类BpInterface

template<typename INTERFACE>
class BpInterface : public INTERFACE, public BpRefBase    // INTERFACE IServiceManager
{public:BpInterface(const sp<IBinder>& remote);protected:
    virtual IBinder* onAsBinder();
};

BpInterface构造函数:

template<typename INTERFACE>
inline BpInterface<INTERFACE>::BpInterface(const sp<IBinder>& remote)
: BpRefBase(remote)
{
}

BpRefBase构造函数:

BpRefBase::BpRefBase(const sp<IBinder>& o)
: mRemote(o.get()), mRefs(NULL), mState(0)
{// IBinder mRemote 指向 o.get() :new BpBinder(0)
}

  gDefaultServiceManager = interface_cast<IServiceManager>(BpBinder(0));
实际为:
  gDefaultServiceManager = new BpServiceManager(new BpBinder(0));
Bn代表Binder Native Bp代表Binder Proxy
BpServiceManager代理的BpBinder实例 BpBinder代理的handle(0)

这个关系有些复杂,看一下类继承结构图:

  

  上面这个结构看起来感觉很熟悉——Bridge模式。将Binder数据交互和功能处理桥接起来。

在Media Process 的main函数中通过:

  sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
  我们得到了sm:是BpServiceManager对象。

三 MediaPlayerService加入到ServiceManager中

回到main函数中:

int main(int argc, char** argv)
{//创建ProcessState 当前进程属性sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());//IServiceManager对象sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();//初始化MediaPlayerService服务对象MediaPlayerService::instantiate();     //执行到这里
    ……//启动进程的线程池ProcessState::self()->startThreadPool();//执行线程消息循环IPCThreadState::self()->joinThreadPool();
}

1 MediaPlayerService初始化过程

void MediaPlayerService::instantiate() {// defaultServiceManager就是上面所述得到的BpServiceManager对象defaultServiceManager()->addService(String16("media.player"), new MediaPlayerService());
}

BpServiceManager添加Service:

virtual status_t addService(const String16& name, const sp<IBinder>& service,bool allowIsolated)
{//生成数据包Parcel
        Parcel data, reply;// Write RPC headers 写入Interface名字 得到“android.os.IServiceManager”
        data.writeInterfaceToken(IServiceManager::getInterfaceDescriptor());//写入Service名字 “media.player”
        data.writeString16(name);//写入服务
        data.writeStrongBinder(service);data.writeInt32(allowIsolated ? 1 : 0);// remote()返回BpBinder对象status_t err = remote()->transact(ADD_SERVICE_TRANSACTION, data, &reply);return err == NO_ERROR ? reply.readExceptionCode() : err;
}

remote()->transact 到BpBinder中:

status_t BpBinder::transact(uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)
{
if (mAlive) {//到当前进程IPCThreadState中 mHandle=0status_t status = IPCThreadState::self()->transact(mHandle, code, data, reply, flags);if (status == DEAD_OBJECT) mAlive = 0;return status;}return DEAD_OBJECT;
}

2 IPCThreadState中写入数据到Binder设备过程

IPCThreadState::self()->transact过程:

status_t IPCThreadState::transact(int32_t handle,uint32_t code, const Parcel& data,Parcel* reply, uint32_t flags)
{status_t err = data.errorCheck();flags |= TF_ACCEPT_FDS;//将数据转化成binder_transaction_data 写入到Parcel实例mOut中err = writeTransactionData(BC_TRANSACTION, flags, handle, code, data, NULL);//写入数据err = waitForResponse(reply);return err;
} status_t IPCThreadState::waitForResponse(Parcel *reply, status_t *acquireResult)
{while (1) {//将数据写入到Binder设备中
        talkWithDriver();……}return err;
}status_t IPCThreadState::talkWithDriver(bool doReceive)
{//将数据封装成binder_write_read结构
    binder_write_read bwr;do {//将数据写入到所打开的Binder设备中ioctl(mProcess->mDriverFD, BINDER_WRITE_READ, &bwr)……} while (err == -EINTR);return NO_ERROR;
}

  将MediaPlayerService加入到ServiceManager中,

这里就通过BpServiceManager的AddService将数据写入到Binder设备传递给ServiceManager。

继续Media Process过程

四 Media Process消息循环

int main(int argc, char** argv)
{//启动进程的线程池    ProcessState::self()->startThreadPool();     //走到了这里//执行线程消息循环IPCThreadState::self()->joinThreadPool();
}

1 创建工作者线程

startThreadPool:\frameworks\native\libs\binder\ ProcessState.cpp:

void ProcessState::startThreadPool()
{spawnPooledThread(true);
}void ProcessState::spawnPooledThread(bool isMain)
{//创建PoolThread对象 并run ,非线程sp<Thread> t = new PoolThread(isMain);t->run(buf);
}

  PoolThread继承Thread

执行Thread的run函数:

status_t Thread::run(const char* name, int32_t priority, size_t stack)
{//创建线程mThread _threadLoopbool res;res = createThreadEtc(_threadLoop,this, name, priority, stack, &mThread);return NO_ERROR;
}

现在有两个线程:主线程和mThread线程

mThread线程执行:_threadLoop

int Thread::_threadLoop(void* user)
{Thread* const self = static_cast<Thread*>(user);do {//调用子类的threadLoopresult = self->threadLoop();……} while(strong != 0);return 0;
}class PoolThread : public Thread
{
protected:virtual bool threadLoop(){IPCThreadState::self()->joinThreadPool(mIsMain);return false;}
};

2 进程间通信消息循环过程

消息循环:

void IPCThreadState::joinThreadPool(bool isMain)
{mOut.writeInt32(isMain ? BC_ENTER_LOOPER : BC_REGISTER_LOOPER);status_t result;    //消息循环do {int32_t cmd;//从binder设备中读取命令result = talkWithDriver();if (result >= NO_ERROR) {cmd = mIn.readInt32();//执行命令result = executeCommand(cmd);}……} while (result != -ECONNREFUSED && result != -EBADF);mOut.writeInt32(BC_EXIT_LOOPER);talkWithDriver(false);
}

命令执行:

status_t IPCThreadState::executeCommand(int32_t cmd)
{BBinder* obj;RefBase::weakref_type* refs;switch (cmd) {case BR_DECREFS:break;case BR_ATTEMPT_ACQUIRE:break;
case BR_TRANSACTION:binder_transaction_data tr;result = mIn.read(&tr, sizeof(tr));if (tr.target.ptr) {//将目标对象转化成BBindersp<BBinder> b((BBinder*)tr.cookie);//调用BBinder的transact 函数const status_t error = b->transact(tr.code, buffer, &reply, tr.flags);}break;……default:}return result;
}

  binder_transaction_data.cookie:target object cookie目标对象,这个target object是指那个呢?

在Media Process里面有几个Service:AudioFlinger、MediaPlayerService、CameraService等。

这个目标是这其中Service中的一个,假设目标对象为为MediaPlayerService,那为何要转化成BBinder呢?

3 Service对命令的处理

  线程从binder接收到消息命令,将命令传递给Service处理。将目标对象转化成BBinder,然后调度此命令;

命令从远端传递到本地端进行处理,每个Service都对应BnXXX对象来处理远端BpXXX传来的命令。
  sp<BBinder> b((BBinder*)tr.cookie);
  const status_t error = b->transact(tr.code, buffer, &reply, tr.flags);
  这里b代表某个Service:假设为MediaPlayerService;弄清楚执行过程,要弄清楚类继承关系。

    

  本地端BnMediaPlayerService消息处理过程:真正的对象是MediaPlayerService实例。
从BBinder ->transact开始传递:

status_t BBinder::transact(uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)
{//onTransact是个virtual函数 派生类BnMediaPlayerService重写err = onTransact(code, data, reply, flags);return err;
}status_t BnMediaPlayerService::onTransact(uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)
{switch (code) {case CREATE: {pid_t pid = data.readInt32();sp<IMediaPlayerClient> client =interface_cast<IMediaPlayerClient>(data.readStrongBinder());//create是个virtual函数 派生类MediaPlayerService重写sp<IMediaPlayer> player = create(pid, client, audioSessionId);//创建player写入到数据包中 传回reply->writeStrongBinder(player->asBinder());return NO_ERROR;} break;……default:return BBinder::onTransact(code, data, reply, flags);}
}

可以看看Client类继承关系结构图:

    

  看到这个跟上面的MediaPlayerService继承关系非常的相似,

  这个结构也非常的熟悉——Adapter模式;将binder消息交互和命令处理适配到一起。

五 Client端与Service端交互

  Client对Service进行使用Binder通信,是得到一个Service BnXXX端对象的代理,在Client 为BpXXX代理,

然后使用此代理进行相关的操作. 前面在使用ServiceManager就是此种方式进行。

  实际上通信的基础是Binder,Proxy不过是在Binder上进行了一层封装,封装了对binder驱动的底层操作,使具有面向对象的特性。

任意两个进程通过Binder进行通信,就是先得到另一个进程的binder标识,通过此binder进行数据交换。

    

1 新增加一个服务 
看下面media Palyer类继承结构。
实现Bn端类继承结构:

    

实现Bp端类继承结构:

    

可以看到 :

  •   需要定义服务公共接口IMediaPlayerService;
  •   实现服务Bn端 派发消息BnMediaPlayerService;
  •   实现服务的命令处理MediaPlayerService;
  •   实现服务代理BpMediaPlayerService;

2 Client获取Service服务

  Native Service以及framework Service都是加入到ServiceManger中,

不管native端还是Framework端得Service 其实都是要满足上面远程对象代理结构。

native端获取service:

//获取ServiceManager的代理对象
sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
//通过ServiceManager获取media Service binder
binder = sm->getService(String16("media.player"));
//将binder封装 构造media Service代理对象 BpMediaPlayerService
sMediaPlayerService = interface_cast<IMediaPlayerService>(binder);

framework层的service,借助AIDL文件,实现跨进程的通信:

  所有framework端service想要作为公共的服务,被别的应用程序调用,都要实现AIDL文件,服务要继承该AIDL文件内部类Stub。
其实AIDL文件是对Framework中service作为进程通信的框架的封装,系统自动生成中间需要的代码和步骤,统一结构:还是binder代理,服务代理。

下面看看PowerManagerService实现。
PowerManagerService服务:

\frameworks\base\services\java\com\android\server\PowerManagerService.java

public class PowerManagerService extends IPowerManager.Stub……
{public void goToSleep(long time){……}
};AIDL文件:\frameworks\base\core\java\android\os\IPowerManager.aidl
interface IPowerManager
{void goToSleep(long time);……
}

AIDL对应的Java文件:
  AIDL会自动生成一个对应的Java的interface文件,看看这个接口文件。
  AIDL自动生成对应java文件位置:\out\target\common\obj\JAVA_LIBRARIES\framework_intermediates\src\core\java\android\os

public interface IPowerManager extends android.os.IInterface {//IPowerManager 内部类 Stubpublic static abstract class Stub extends android.os.Binder implementsandroid.os.IPowerManager {public static android.os.IPowerManager asInterface(android.os.IBinder obj){//生成一个Proxy对象return new android.os.IPowerManager.Stub.Proxy(obj);}public android.os.IBinder asBinder() {return this;}@Overridepublic boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data,android.os.Parcel reply, int flags){switch (code) {case TRANSACTION_goToSleep:this.goToSleep(_arg0);return true;……}}//Stub内部类Proxy private static class Proxy implements android.os.IPowerManager {private android.os.IBinder mRemote;Proxy(android.os.IBinder remote) {mRemote = remote;}public void goToSleep(long time) {//将数据打包成Parcelandroid.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();_data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);_data.writeLong(time);//传输数据到binder 到相关的Service 进程// IPCThreadState::transact方法中完成mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_goToSleep, _data, _reply,0);_reply.readException();}}}//goToSleep接口对应的IDstatic final int TRANSACTION_goToSleep = (android.os.IBinder.FIRST_CALL_TRANSACTION + 2);//接口public void goToSleep(long time);
}

看下其中类结构:

    

AIDL自动生成对应的java文件,将结构过程进行了统一,自动生成中间代码。

Application获取用Service:

IPowerManager m mPowerManagerService;
//获取service的bingder
IBinder binder = ServiceManager.getService("power");
//创建service代理对象
mPowerManagerService = IPowerManager.Stub.asInterface(binder);
//调用接口
mPowerManagerService.goToSleep();

Native Service和 Framework Service结构方式基本一致的。

进程间通信Linux系统已经提供了很多方式,比如Socket,为什么Android非要另辟蹊径,设计了Binder呢?

  可以阅读一下:http://www.cnblogs.com/bastard/archive/2012/10/17/2728155.html

  Game Over !

参考文档:
  http://www.cnblogs.com/innost/archive/2011/01/09/1931456.html
  http://blog.csdn.net/maxleng/article/details/5490770

注:

  “我们其实还一部分没有研究,就是同一个进程之间的对象传递与远程传递是区别的。同一个进程间专递服务地和对象,

  就没有代理BpBinder产生,而只是对象的直接应用了。应用程序并不知道数据是在同一进程间传递还是不同进程间传递,

  这个只有内核中的Binder知道,所以内核Binder驱动可以将Binder对象数据类型从BINDER_TYPE_BINDER修改为

  BINDER_TYPE_HANDLE或者BINDER_TYPE_WEAK_HANDLE作为引用传递。”  ——来自上述地址

  这个可以看到在SystemServer运行的Service之间使用时,直接转化成了对应的对象,而不是通过代理。

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