Android Binder机制详解与性能提升

需积分: 18 41 浏览量更新于2024-07-16 收藏 2.51MB PDF 举报

"Android Binder机制学习总结深入探讨了Android系统中的核心IPC（Inter-Process Communication，进程间通信）技术，特别是针对C/S架构（Client/Server架构）设计的Binder机制。该文档由作者花费大量时间研究和整理，旨在帮助理解这一复杂但至关重要的系统组件。首先，引入Binder机制的原因主要在于性能和安全性优化。相较于传统的Socket、管道和消息队列等机制，这些方法在数据传输过程中涉及两次拷贝，效率较低。而Binder机制通过改进设计，只进行一次数据拷贝，显著提高了数据传输的效率。此外，它提供了通信双方的UID（User ID）和PID（Process ID），增强了系统的安全性，使得系统能够识别并阻止非法访问。 Binder机制的核心角色包括四个部分：Binder driver、Service Manager、Service以及Client。Binder driver是运行在内核态的组件，它是Linux内核的一部分，负责处理与dev/binder设备文件相关的操作。当Client或Service尝试操作这个设备时，会触发驱动程序的相应函数（如binder_open和binder_ioctl），进而根据请求执行数据发送或接收等任务。值得注意的是，Binder driver本身并非独立进程，而是嵌入在调用方进程（Client或Service）中，利用内存映射技术实现在内核和用户空间的高效通信。其次，Service Manager是管理Service的中枢，负责服务的注册、查找和生命周期管理。客户端通过它来发现和调用远程服务，形成一种松耦合的服务交互模式。Service则作为提供具体功能的实体，可以被多个客户端共享，实现了跨进程通信。最后，Client是应用程序的代表，它们通过Binder机制调用Service提供的接口，实现不同应用间的交互。这种方式避免了直接进程间通信可能带来的权限问题和性能消耗。总结来说，Android的Binder机制是Android系统高效、安全地实现跨进程通信的关键，它通过优化的数据传输机制、严格的权限管理和高效的内核空间设计，确保了Android应用程序的稳定性和性能。理解和掌握这一机制对于Android开发者来说至关重要，尤其是在构建高性能、可扩展的应用时。如果你对某个部分有疑问，可以在文档中找到作者的注释寻求解答，或者进一步查阅源代码以深化理解。"

11. };

12.

13. static struct miscdevice binder_miscdev = {

14.  .minor = MISC_DYNAMIC_MINOR, //自动生成次设备号

15.  .name = "binder", //设备文件名

16.  .fops = &binder_fops

17. };

18.

19. static int __init binder_init(void)

20. {

21. int ret;

22.

23.    ...... //在/sys/kernel/debug/目录下创建binder目录

24.

25.     ret = misc_register(&binder_miscdev);//注册驱动

26.

27.     ...... //在/sys/kernel/debug/binder目录下继续创建proc目录，

28.

29.     return ret;

30. }

31.

32. ......

33.

34. device_initcall(binder_init); //声明驱动启动函数

misc_register函数为杂项设备注册函数，执行这个函数以后，我们就可在dev/文件夹下看到binder文件了。而misc设备为字符设备，所以binder也属于字符设备。然

后，binder_miscdev.fops即binder_fops指定了Binner驱动提供了那些系统调用。

一般，Binder使用者通过下面的步骤使用Binder机制：

1.调用open函数打开dev/binder，获得文件描述符fd

2.调用mmap函数映射fd

3.调用ioctl函数操作fd，进行写入和读取

4.进程主动调用close关闭fd，或者当进程退出时由系统调用close关闭fd

下面，逐个解释这些函数的实现方式。

binder_open

当Binder使用者在用户态执行

int fd = open("/dev/binder", O_RDWR);

时，进程就会转入核心态，系统会调用binder_open函数:

1. static int binder_open(struct inode *nodp, struct file *filp)

2. {

3. struct binder_proc *proc;

5. binder_debug(BINDER_DEBUG_OPEN_CLOSE, "binder_open: %d:%d\n",

6. current->group_leader->pid, current->pid);

8. proc = kzalloc(sizeof(*proc), GFP_KERNEL);//kzalloc函数：分配内存，并把分配的内存空间的内容设置成NULL

9. if (proc == NULL)

10. return -ENOMEM;

11. get_task_struct(current);//增加进程信息块的引用计数

12. proc->tsk = current;

13. INIT_LIST_HEAD(&proc->todo); //初始化进程的todo队列，相当于 java中new一个容器

14. init_waitqueue_head(&proc->wait); //初始化等待队列

15. proc->default_priority = task_nice(current); // 保存当前优先级

16.

17. binder_lock(__func__);// 进入互斥区， __func__ 返回当前函数名

18.

19. binder_stats_created(BINDER_STAT_PROC);

20. hlist_add_head(&proc->proc_node, &binder_procs); //把proc链入到全局的binder_procs中

21.     proc->pid = current->group_leader->pid; //当前进程号

22. INIT_LIST_HEAD(&proc->delivered_death); //初始化proc_delivered_death

23. filp->private_data = proc; //保存proc到filp中，所以，后面binder_mmap， binder_ioctl函数可以获取到proc

24.

25.     binder_unlock(__func__);//退出互斥区

26.

27. if (binder_debugfs_dir_entry_proc) { //调试相关，可以忽略

28. char strbuf[11];

29. snprintf(strbuf, sizeof(strbuf), "%u", proc->pid);

30. proc->debugfs_entry = debugfs_create_file(strbuf, S_IRUGO,

31. binder_debugfs_dir_entry_proc, proc, &binder_proc_fops);

32. }

33.

34. return 0;

35. }

从代码还是比较简单易懂的，创建一个binder_proc实例，初始化binder_proc实例，然后保存到file结构体filp中。

binder_mmap

当进程在用户态调用：

mVMStart = mmap(0, BINDER_VM_SIZE, PROT_READ, MAP_PRIVATE | MAP_NORESERVE, mDriverFD, 0); //

时，进程就会转入内核态，执行binder_mmap

1. static int binder_mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma)

2. {

3. int ret;

4. struct vm_struct *area;

5. struct binder_proc *proc = filp->private_data; //获取在binder_open函数中创建的binder_proc

6. const char *failure_string;

7. struct binder_buffer *buffer;

9. if ((vma->vm_end - vma->vm_start) > SZ_4M) // binder 缓冲区最大为4MB

10. vma->vm_end = vma->vm_start + SZ_4M;

11.

5. goto err_get_vm_area_failed;

6. }

7. proc->buffer = area->addr;

8. proc->user_buffer_offset = vma->vm_start - (uintptr_t)proc->buffer; // 计算用户区虚地址和内核态虚地址的地址偏移量，这个很重要！

上面的代码中，vma是linux的进程虚地址管理单元，表示mmap函数在用户态分配的虚地址空间。然后，通过get_vm_area函数，在内核态分配了同一大小的虚地址

空间。最后，计算了两个虚地址之间的偏移量（vma>vm_startproc>buffer)，并保存。

其次，通过binder_update_page_range为刚刚分配的虚地址空间分配第一个物理内存页面，并保存到proc>buffers和proc>free_buffers中：

1. if (binder_update_page_range(proc, 1, proc->buffer, proc->buffer + PAGE_SIZE, vma)) {

2. ret = -ENOMEM;

3. failure_string = "alloc small buf";

4. goto err_alloc_small_buf_failed;

5. }

6. buffer = proc->buffer;

7. INIT_LIST_HEAD(&proc->buffers); //初始化buffer list

8. list_add(&buffer->entry, &proc->buffers); //保存刚刚分配的buffer

9. buffer->free = 1;

10. binder_insert_free_buffer(proc, buffer); //保存到未分配的buffer列表中

binder_update_page_range

在开始介绍binder_update_page_range函数前，有必要先解释下Binder驱动中，用户态和核心态共享同一段物理内存的设计。

为了提高数据传输速度，Binder通信时，数据接收端和Binder驱动会使用两个不同的虚地址共享同一段物理内存，这样，数据从数据发送端copy

到Binderdriver时，相当于已经拷贝到数据接收端。减少了一次从binderdriver向数据接收端的拷贝。这里提到的两个不同的虚地址，即为

binder_open函数中vma代表的用户态序地址和proc>buffer指向的核心态虚地址。

假设binder使用者map了一个128KB的binder缓存，那么mmap函数执行完以后，可能是这样的（假设这时已经为全部缓存分配物理内存）：



这时，binder使用者在用户态的缓冲区的虚地址为0x10010000～0x10018000，即vma>vm_start=0x10010000,vma>vm_end=0x10018000.

而binderdriver在内核态为binder用户创建的缓冲区虚地址为0xC0010000~0xC0018000,即proc.buffer=0xC0010000，proc.buffer_size=0x8000.

此时，proc.user_buffer_offset=0xB0000000.

这种情况下，我们再假设binderdriver在地址0xC0010010上保存了一个int值1，即*（(int*）0xC0010010)=1。

那么，binder使用者在地址0x10010010(0xC00100100xB0000000)读取一个int值也等于1.因为两者访问的是同一段物理内存，所以其中的内容

也是一致的。



binder_update_page_range函数提供物理内存的分配和释放功能。这里，我们主要关注分配物理内存，并把同一个物理内存页映射到两段不同

剩余138页未读，继续阅读

jxhln

粉丝: 9
资源: 16

Android Binder机制详解与性能提升

android系统深入浅出binder机制分析

理解Android系统Binder机制

Android Binder机制完全解析

AndroidBinder机制总结[归纳].pdf

Android的IPC机制Binder的各个部分.pdf

Android Binder Aidl原理.pdf

Android Binder 机制学习总结

Android主要机制深入分析.pdf

Android深入浅出之Binder机制.pdf

Binder机制.pdf

最新资源