简单理解Binder机制的原理

一、概述

Android系统中涉及到多进程通信底层都是依赖Binder IPC机制。例如当进程A中的Activity想要向进程B的Service通信，这就需要用到IPC。不仅如此，整个Android系统架构中，大量采用了Binder机制作为IPC(进程间通信)方案。

当然也存在其他的通信方式，如管道、消息队列、socket、内存共享、SystemV等。那为什么Android不使用这些原有的技术，而要开发一种新的Binder的进程间通信机制呢？

为什么要使用Binder？
性能方面

在移动设备上（性能受限制设备上，如省电），广泛的使用跨进程通信对通信机制的性能有严格的要求，Binder相比于传统的Socket方式，更高效。Binder数据拷贝只需要一次，而管道、消息队列、Socket都需要两次，共享内存一次都不需要拷贝，但实现方式又比较复杂。

安全方面
传统的进程通信方式对于通信双方身份并没有做出严格的验证，比如Socket通信的ip地址就是用户手动的填入的，很容易进行伪造，而Binder通信机制从协议本身就支持对通信双方做身份验证，大大提高了安全性。

二、Binder

要想了解Binder，首先先了解下Linux内核的基础知识：
(1)用户空间/内核空间:

用户空间指的是用户程序运行的空间，内核空间是Linux内核的运行空间，为了安全，它们是隔离的，即使用户的程序崩溃了，内核也是不受影响的。

(2)系统调用：
Linux将用户空间和内核空间隔离是有原因的，用户软件良莠不齐，要是它们乱搞，把系统搞坏了怎么办？因此对于某些特权操作必须放到内核中进行。
用户空间访问内核空间的唯一方式就是系统调用；通过这个统一入口接口，所有的资源访问都是在内核的控制下执行，以免导致用户程序对资源的越权访问，从而系统的安全和稳定性。

(3)Binder驱动：
通过系统调用，用户空间可以访问内核空间，那么如果一个用户空间想与另一个空间进行通信怎么办呢？很自然想到的是让操作系统内核添加支持；传统的Linux通信机制，比如Socket，管道等都是内和支持的；但是Binder并不是Linux内核的一部分，它是怎么做到访问内核空间的呢？
Linux的动态可加载内核模块(Loadable Kernel Mondule)解决了这个问题;模块是具有独立功能的程序，它只能被单独编译，不能独立运行。它在运行时被链接到内核作为内核的一部分在内核空间运行。这样，Android系统可以通过添加一个内核模块运行在内核空间，用户进程之间通过这个模块作为桥梁，就可以完成通信。
在Android系统中，这个运行在内核空间，负责各个用户进程通过Binder通信的内核模块叫做Binder驱动。

Binder

IPC原理
从进程角度来看IPC机制

每个Android的进程，只能运行在自己进程所拥有的的虚拟地址空间。对应一个4GB的虚拟地址空间，其中3GB是用户空间，1GB是内核空间，当然内核空间的大小是可以通过参数配置调整的。对于用户空间，不同进程之间彼此是不能共享的，而内核空间却是共享的。Client进程向Server进程通信。恰恰是利用进程间可共享的内核内存空间来完成底层通信工作的，Client端与Server端进程往往采用ioctl等方法跟内核空间的驱动进行交互。

Binder原理

Binder通信采用C/S结构，从组件视角来说，包含Client、Server、ServiceManager以及Binder驱动，其中ServiceManager用于管理系统中的各种服务，架构图如下所示：

Binder通信的四个角色：
Client进程:使用服务的进程。
Server进程：提供服务的进程。
ServiceManager进程：ServiceManager的作用是将字符形式的Binder名字转化成Client中对该Binder的引用，使得Client能够通过Binder名字获得对Server中Binder实体的引用。

Binder驱动：
驱动负责进程间Binder通信的建立，Binder在进程间的传递，Binder引用计数管理，数据包在进程间的传递与交互等一系列底层支持。

Binder运行机制：
图中Client/Server/ServiceManager之间的相互通信都是基于Binder机制。既然基于Binder机制通信，那么同样也是C/S结构。则图中的3大步骤都有相应的Client端与Service端。

注册服务：Server进程要先注册Service到 ServiceManager。该过程：Server是客户端，ServiceManager是服务端。

获取服务：Client进程使用某个Service前，须先向ServiceManager中获取相应的Service。该过程：Client是客户端，ServiceManaer是服务端。

使用服务：Client根据得到的Service信息建立与Service所在Service进程通信的道路，然后就可以直接与Service交互。该过程：Client是客户端，Server是服务端。

图中的Client，Server，ServiceManager之间交互都是虚线表示，是由于它们彼此之间不是直接交互的，而是通过与Binder驱动进行交互的，从而实现IPC通信方式。其中Binder驱动位于内核空间，Client，Server，ServiceManager位于用户空间。Binder驱动和Service Manager可以看做是Android平台的基础架构，而Client和Server是Android的应用层，开发人员只需自定义实现Client端、Server端，借助Android的基本平台架构便可以直接进行IPC通信。

Binder运行的实例解释
首先我们看看我们的程序跨进程调用系统服务的简单实例，实现浮动窗口部分代码：

//获取WindowManager服务引用
WindowManager wm = (WindowManager)getSystemService(getApplication().WINDOW_SERVICE);
//布局参数layoutParams相关设置略...
View view=LayoutInflater.from(getApplication()).inflate(R.layout.float_layout, null);
//添加view
wm.addView(view, layoutParams);

注册服务：
在Android开机启动过程中，Android会初始化系统的各种Service，并将这些Service向ServiceManager注册(即让ServiceManager管理)。这一步是系统自动完成的。

获取服务：客户端想要得到具体的Service直接向ServiceManager要即可。客户端首先向ServiceManager查询得到具体的Service引用，通常是Service引用的代理对象，对数据进行一些处理操作。即第二行代码中，得到的wmWindowManager对象的引用。

使用服务：通过这个引用向具体的服务端发送请求，服务端执行完成后就返回。即第6行调用WindowManager的addView函数，将触发远程调用，调用的是运行在systemServer进程中的WindowManager的addView函数。

使用服务的具体执行过程

1.Client通过获得一个server的代理借口，对server进行调用。

2.代理接口中定义的方法与Server中定义的方法是一一对应的。

3.client调用某个代理接口中的方法时，代理接口的方法会将client传递的参数打包成Parcel对象。

4.代理接口将Parcel发送给内核中的binder driver。

5.server会读取binder driver中的请求数据，如果是发送给自己的，解包Parcel对象，处理并将结果返回。

6.整个的调用过程是一个同步过程，在server处理的时候，client会block住。因此client调用过程不应在主线程。

以上就是Binder机制原理的简单介绍，后面以后会以AIDL来具体介绍Binder机制的使用，加深对其的了解。

原文链接：
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