Android系统进程间通信（IPC）机制Binder中的Server启动过程源代码分析

        在前面一篇文章Android系统进程间通信（IPC）机制Binder中的Server和Client获得Service Manager接口之路中，介绍了在Android系统中Binder进程间通信机制中的Server角色是如何获得Service Manager远程接口的，即defaultServiceManager函数的实现。Server获得了Service Manager远程接口之后，就要把自己的Service添加到Service Manager中去，然后把自己启动起来，等待Client的请求。本文将通过分析源代码了解Server的启动过程是怎么样的。

        本文通过一个具体的例子来说明Binder机制中Server的启动过程。我们知道，在Android系统中，提供了多媒体播放的功能，这个功能是以服务的形式来提供的。这里，我们就通过分析MediaPlayerService的实现来了解Media Server的启动过程。

        首先，看一下MediaPlayerService的类图，以便我们理解下面要描述的内容。

        我们将要介绍的主角MediaPlayerService继承于BnMediaPlayerService类，熟悉Binder机制的同学应该知道BnMediaPlayerService是一个Binder Native类，用来处理Client请求的。BnMediaPlayerService继承于BnInterface<IMediaPlayerService>类，BnInterface是一个模板类，它定义在frameworks/base/include/binder/IInterface.h文件中：

       这里可以看出，BnMediaPlayerService实际是继承了IMediaPlayerService和BBinder类。IMediaPlayerService和BBinder类又分别继承了IInterface和IBinder类，IInterface和IBinder类又同时继承了RefBase类。

       实际上，BnMediaPlayerService并不是直接接收到Client处发送过来的请求，而是使用了IPCThreadState接收Client处发送过来的请求，而IPCThreadState又借助了ProcessState类来与Binder驱动程序交互。有关IPCThreadState和ProcessState的关系，可以参考上一篇文章Android系统进程间通信（IPC）机制Binder中的Server和Client获得Service Manager接口之路，接下来也会有相应的描述。IPCThreadState接收到了Client处的请求后，就会调用BBinder类的transact函数，并传入相关参数，BBinder类的transact函数最终调用BnMediaPlayerService类的onTransact函数，于是，就开始真正地处理Client的请求了。

      了解了MediaPlayerService类结构之后，就要开始进入到本文的主题了。

      首先，看看MediaPlayerService是如何启动的。启动MediaPlayerService的代码位于frameworks/base/media/mediaserver/main_mediaserver.cpp文件中：

       这里我们不关注AudioFlinger和CameraService相关的代码。
       先看下面这句代码：

                       sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());  

       这句代码的作用是通过ProcessState::self()调用创建一个ProcessState实例。ProcessState::self()是ProcessState类的一个静态成员变量，定义在frameworks/base/libs/binder/ProcessState.cpp文件中：

       这里可以看出，这个函数作用是返回一个全局唯一的ProcessState实例gProcess。全局唯一实例变量gProcess定义在frameworks/base/libs/binder/Static.cpp文件中：

                        Mutex gProcessMutex; 
                        sp<ProcessState> gProcess;  

       再来看ProcessState的构造函数：

        这个函数有两个关键地方，一是通过open_driver函数打开Binder设备文件/dev/binder，并将打开设备文件描述符保存在成员变量mDriverFD中；二是通过mmap来把设备文件/dev/binder映射到内存中。

        先看open_driver函数的实现，这个函数同样位于frameworks/base/libs/binder/ProcessState.cpp文件中：

        这个函数的作用主要是通过open文件操作函数来打开/dev/binder设备文件，然后再调用ioctl文件控制函数来分别执行BINDER_VERSION和BINDER_SET_MAX_THREADS两个命令来和Binder驱动程序进行交互，前者用于获得当前Binder驱动程序的版本号，后者用于通知Binder驱动程序，MediaPlayerService最多可同时启动15个线程来处理Client端的请求。

        open在Binder驱动程序中的具体实现，请参考前面一篇文章浅谈Service Manager成为Android进程间通信（IPC）机制Binder守护进程之路，这里不再重复描述。打开/dev/binder设备文件后，Binder驱动程序就为MediaPlayerService进程创建了一个struct binder_proc结构体实例来维护MediaPlayerService进程上下文相关信息。

        我们来看一下ioctl文件操作函数执行BINDER_VERSION命令的过程：

                        status_t result = ioctl(fd, BINDER_VERSION, &vers);  

        这个函数调用最终进入到Binder驱动程序的binder_ioctl函数中，我们只关注BINDER_VERSION相关的部分逻辑：

        很简单，只是将BINDER_CURRENT_PROTOCOL_VERSION写入到传入的参数arg指向的用户缓冲区中去就返回了。BINDER_CURRENT_PROTOCOL_VERSION是一个宏，定义在kernel/common/drivers/staging/android/binder.h文件中：

                     /* This is the current protocol version. */ 
             #define BINDER_CURRENT_PROTOCOL_VERSION 7  

       这里为什么要把ubuf转换成struct binder_version之后，再通过其protocol_version成员变量再来写入呢，转了一圈，最终内容还是写入到ubuf中。我们看一下struct binder_version的定义就会明白，同样是在kernel/common/drivers/staging/android/binder.h文件中：

         从注释中可以看出来，这里是考虑到兼容性，因为以后很有可能不是用signed long来表示版本号。

        这里有一个重要的地方要注意的是，由于这里是打开设备文件/dev/binder之后，第一次进入到binder_ioctl函数，因此，这里调用binder_get_thread的时候，就会为当前线程创建一个struct binder_thread结构体变量来维护线程上下文信息，具体可以参考浅谈Service Manager成为Android进程间通信（IPC）机制Binder守护进程之路一文。

        接着我们再来看一下ioctl文件操作函数执行BINDER_SET_MAX_THREADS命令的过程：

                   result = ioctl(fd, BINDER_SET_MAX_THREADS, &maxThreads);  

        这个函数调用最终进入到Binder驱动程序的binder_ioctl函数中，我们只关注BINDER_SET_MAX_THREADS相关的部分逻辑：

        这里实现也是非常简单，只是简单地把用户传进来的参数保存在proc->max_threads中就完毕了。注意，这里再调用binder_get_thread函数的时候，就可以在proc->threads中找到当前线程对应的struct binder_thread结构了，因为前面已经创建好并保存在proc->threads红黑树中。

        回到ProcessState的构造函数中，这里还通过mmap函数来把设备文件/dev/binder映射到内存中，这个函数在浅谈Service Manager成为Android进程间通信（IPC）机制Binder守护进程之路一文也已经有详细介绍，这里不再重复描述。宏BINDER_VM_SIZE就定义在ProcessState.cpp文件中：

             #define BINDER_VM_SIZE ((1*1024*1024) - (4096 *2))  

        mmap函数调用完成之后，Binder驱动程序就为当前进程预留了BINDER_VM_SIZE大小的内存空间了。

        这样，ProcessState全局唯一变量gProcess就创建完毕了，回到frameworks/base/media/mediaserver/main_mediaserver.cpp文件中的main函数，下一步是调用defaultServiceManager函数来获得Service Manager的远程接口，这个已经在上一篇文章浅谈Android系统进程间通信（IPC）机制Binder中的Server和Client获得Service Manager接口之路有详细描述，读者可以回过头去参考一下。

        再接下来，就进入到MediaPlayerService::instantiate函数把MediaPlayerService添加到Service Manger中去了。这个函数定义在frameworks/base/media/libmediaplayerservice/MediaPlayerService.cpp文件中：

        我们重点看一下IServiceManger::addService的过程，这有助于我们加深对Binder机制的理解。

        在上一篇文章浅谈Android系统进程间通信（IPC）机制Binder中的Server和Client获得Service Manager接口之路中说到，defaultServiceManager返回的实际是一个BpServiceManger类实例，因此，我们看一下BpServiceManger::addService的实现，这个函数实现在frameworks/base/libs/binder/IServiceManager.cpp文件中：

         这里的Parcel类是用来于序列化进程间通信数据用的。
         先来看这一句的调用：

           data.writeInterfaceToken(IServiceManager::getInterfaceDescriptor());  

         IServiceManager::getInterfaceDescriptor()返回来的是一个字符串，即"android.os.IServiceManager"，具体可以参考IServiceManger的实现。我们看一下Parcel::writeInterfaceToken的实现，位于frameworks/base/libs/binder/Parcel.cpp文件中：

         它的作用是写入一个整数和一个字符串到Parcel中去。

         再来看下面的调用：

                    data.writeString16(name);  

        这里又是写入一个字符串到Parcel中去，这里的name即是上面传进来的“media.player”字符串。
        往下看：

               data.writeStrongBinder(service);  

        这里定入一个Binder对象到Parcel去。我们重点看一下这个函数的实现，因为它涉及到进程间传输Binder实体的问题，比较复杂，需要重点关注，同时，也是理解Binder机制的一个重点所在。注意，这里的service参数是一个MediaPlayerService对象。

        看到flatten_binder函数，是不是似曾相识的感觉？我们在前面一篇文章浅谈Service Manager成为Android进程间通信（IPC）机制Binder守护进程之路中，曾经提到在Binder驱动程序中，使用struct flat_binder_object来表示传输中的一个binder对象，它的定义如下所示：

        各个成员变量的含义请参考资料Android Binder设计与实现。
        我们进入到flatten_binder函数看看：

        首先是初始化flat_binder_object的flags域： 

               obj.flags = 0x7f | FLAT_BINDER_FLAG_ACCEPTS_FDS;  

        0x7f表示处理本Binder实体请求数据包的线程的最低优先级，FLAT_BINDER_FLAG_ACCEPTS_FDS表示这个Binder实体可以接受文件描述符，Binder实体在收到文件描述符时，就会在本进程中打开这个文件。

       传进来的binder即为MediaPlayerService::instantiate函数中new出来的MediaPlayerService实例，因此，不为空。又由于MediaPlayerService继承自BBinder类，它是一个本地Binder实体，因此binder->localBinder返回一个BBinder指针，而且肯定不为空，于是执行下面语句：

        设置了flat_binder_obj的其他成员变量，注意，指向这个Binder实体地址的指针local保存在flat_binder_obj的成员变量cookie中。

        函数调用finish_flatten_binder来将这个flat_binder_obj写入到Parcel中去：

       Parcel::writeObject的实现如下：

        这里除了把flat_binder_obj写到Parcel里面之内，还要记录这个flat_binder_obj在Parcel里面的偏移位置：

                    mObjects[mObjectsSize] = mDataPos;  

       这里因为，如果进程间传输的数据间带有Binder对象的时候，Binder驱动程序需要作进一步的处理，以维护各个Binder实体的一致性，下面我们将会看到Binder驱动程序是怎么处理这些Binder对象的。

       再回到BpServiceManager::addService函数中，调用下面语句：

      status_t err = remote()->transact(ADD_SERVICE_TRANSACTION, data, &reply);  

       回到浅谈Android系统进程间通信（IPC）机制Binder中的Server和Client获得Service Manager接口之路一文中的类图中去看一下，这里的remote成员函数来自于BpRefBase类，它返回一个BpBinder指针。因此，我们继续进入到BpBinder::transact函数中去看看：

       这里又调用了IPCThreadState::transact进执行实际的操作。注意，这里的mHandle为0，code为ADD_SERVICE_TRANSACTION。ADD_SERVICE_TRANSACTION是上面以参数形式传进来的，那mHandle为什么是0呢？因为这里表示的是Service Manager远程接口，它的句柄值一定是0，具体请参考浅谈Android系统进程间通信（IPC）机制Binder中的Server和Client获得Service Manager接口之路一文。

       再进入到IPCThreadState::transact函数，看看做了些什么事情：

        IPCThreadState::transact函数的参数flags是一个默认值为0的参数，上面没有传相应的实参进来，因此，这里就为0。

        函数首先调用writeTransactionData函数准备好一个struct binder_transaction_data结构体变量，这个是等一下要传输给Binder驱动程序的。struct binder_transaction_data的定义我们在浅谈Service Manager成为Android进程间通信（IPC）机制Binder守护进程之路一文中有详细描述，读者不妨回过去读一下。这里为了方便描述，将struct binder_transaction_data的定义再次列出来：

         writeTransactionData函数的实现如下：

  注意，这里的cmd为BC_TRANSACTION。 这个函数很简单，在这个场景下，就是执行下面语句来初始化本地变量tr：

       回忆一下上面的内容，写入到tr.data.ptr.buffer的内容相当于下面的内容：

      其中包含了一个Binder实体MediaPlayerService，因此需要设置tr.offsets_size就为1，tr.data.ptr.offsets就指向了这个MediaPlayerService的地址在tr.data.ptr.buffer中的偏移量。最后，将tr的内容保存在IPCThreadState的成员变量mOut中。

       回到IPCThreadState::transact函数中，接下去看，(flags & TF_ONE_WAY) == 0为true，并且reply不为空，所以最终进入到waitForResponse(reply)这条路径来。我们看一下waitForResponse函数的实现：

        这个函数虽然很长，但是主要调用了talkWithDriver函数来与Binder驱动程序进行交互：

        这里doReceive和needRead均为1，有兴趣的读者可以自已分析一下。因此，这里告诉Binder驱动程序，先执行write操作，再执行read操作，下面我们将会看到。

        最后，通过ioctl(mProcess->mDriverFD, BINDER_WRITE_READ, &bwr)进行到Binder驱动程序的binder_ioctl函数，我们只关注cmd为BINDER_WRITE_READ的逻辑：

         函数首先是将用户传进来的参数拷贝到本地变量struct binder_write_read bwr中去。这里bwr.write_size > 0为true，因此，进入到binder_thread_write函数中，我们只关注BC_TRANSACTION部分的逻辑：

         首先将用户传进来的transact参数拷贝在本地变量struct binder_transaction_data tr中去，接着调用binder_transaction函数进一步处理，这里我们忽略掉无关代码：

       注意，这里传进来的参数reply为0，tr->target.handle也为0。因此，target_proc、target_thread、target_node、target_list和target_wait的值分别为：

       接着，分配了一个待处理事务t和一个待完成工作项tcomplete，并执行初始化工作：

         注意，这里的事务t是要交给target_proc处理的，在这个场景之下，就是Service Manager了。因此，下面的语句：

         就是在Service Manager的进程空间中分配一块内存来保存用户传进入的参数了：

         由于现在target_node要被使用了，增加它的引用计数：

        接下去的for循环，就是用来处理传输数据中的Binder对象了。在我们的场景中，有一个类型为BINDER_TYPE_BINDER的Binder实体MediaPlayerService：

        由于是第一次在Binder驱动程序中传输这个MediaPlayerService，调用binder_get_node函数查询这个Binder实体时，会返回空，于是binder_new_node在proc中新建一个，下次就可以直接使用了。

        现在，由于要把这个Binder实体MediaPlayerService交给target_proc，也就是Service Manager来管理，也就是说Service Manager要引用这个MediaPlayerService了，于是通过binder_get_ref_for_node为MediaPlayerService创建一个引用，并且通过binder_inc_ref来增加这个引用计数，防止这个引用还在使用过程当中就被销毁。注意，到了这里的时候，t->buffer中的flat_binder_obj的type已经改为BINDER_TYPE_HANDLE，handle已经改为ref->desc，跟原来不一样了，因为这个flat_binder_obj是最终是要传给Service Manager的，而Service Manager只能够通过句柄值来引用这个Binder实体。

        最后，把待处理事务加入到target_list列表中去：

                 list_add_tail(&t->work.entry, target_list);  

        并且把待完成工作项加入到本线程的todo等待执行列表中去：

                    list_add_tail(&tcomplete->entry, &thread->todo);  

        现在目标进程有事情可做了，于是唤醒它：

             if (target_wait)  
                          wake_up_interruptible(target_wait);   

       这里就是要唤醒Service Manager进程了。回忆一下前面这篇文章，此时， Service Manager正在binder_t浅谈Service Manager成为Android进程间通信（IPC）机制Binder守护进程之路hread_read函数中调用wait_event_interruptible进入休眠状态。

       这里我们先忽略一下Service Manager被唤醒之后的场景，继续MedaPlayerService的启动过程，然后再回来。

       回到binder_ioctl函数，bwr.read_size > 0为true，于是进入binder_thread_read函数：

        这里，thread->transaction_stack和thread->todo均不为空，于是wait_for_proc_work为false，由于binder_has_thread_work的时候，返回true，这里因为thread->todo不为空，因此，线程虽然调用了wait_event_interruptible，但是不会睡眠，于是继续往下执行。

        由于thread->todo不为空，执行下列语句：

        w->type为BINDER_WORK_TRANSACTION_COMPLETE，这是在上面的binder_transaction函数设置的，于是执行：

        这里就将w从thread->todo删除了。由于这里t为空，重新执行while循环，这时由于已经没有事情可做了，最后就返回到binder_ioctl函数中。注间，这里一共往用户传进来的缓冲区buffer写入了两个整数，分别是BR_NOOP和BR_TRANSACTION_COMPLETE。

        binder_ioctl函数返回到用户空间之前，把数据消耗情况拷贝回用户空间中：

        最后返回到IPCThreadState::talkWithDriver函数中，执行下面语句： 

        首先是把mOut的数据清空：
                          mOut.setDataSize(0);  

       然后设置已经读取的内容的大小：

                          mIn.setDataSize(bwr.read_consumed);  
                          mIn.setDataPosition(0);  

        然后返回到IPCThreadState::waitForResponse函数中。在IPCThreadState::waitForResponse函数，先是从mIn读出一个整数，这个便是BR_NOOP了，这是一个空操作，什么也不做。然后继续进入IPCThreadState::talkWithDriver函数中。

        这时候，下面语句执行后：

                       const bool needRead = mIn.dataPosition() >= mIn.dataSize();  

        needRead为false，因为在mIn中，尚有一个整数BR_TRANSACTION_COMPLETE未读出。

       这时候，下面语句执行后：

                       const size_t outAvail = (!doReceive || needRead) ? mOut.dataSize() : 0;  

        outAvail等于0。因此，最后bwr.write_size和bwr.read_size均为0，IPCThreadState::talkWithDriver函数什么也不做，直接返回到IPCThreadState::waitForResponse函数中。在IPCThreadState::waitForResponse函数，又继续从mIn读出一个整数，这个便是BR_TRANSACTION_COMPLETE：

        reply不为NULL，因此，IPCThreadState::waitForResponse的循环没有结束，继续执行，又进入到IPCThreadState::talkWithDrive中。

        这次，needRead就为true了，而outAvail仍为0，所以bwr.read_size不为0，bwr.write_size为0。于是通过：

                       ioctl(mProcess->mDriverFD, BINDER_WRITE_READ, &bwr)  

        进入到Binder驱动程序中的binder_ioctl函数中。由于bwr.write_size为0，bwr.read_size不为0，这次直接就进入到binder_thread_read函数中。这时候，thread->transaction_stack不等于0，但是thread->todo为空，于是线程就通过：
[cpp] view plain copy 在CODE上查看代码片派生到我的代码片
wait_event_interruptible(thread->wait, binder_has_thread_work(thread));  

        进入睡眠状态，等待Service Manager来唤醒了。

        现在，我们可以回到Service Manager被唤醒的过程了。我们接着前面浅谈Service Manager成为Android进程间通信（IPC）机制Binder守护进程之路这篇文章的最后，继续描述。此时， Service Manager正在binder_thread_read函数中调用wait_event_interruptible_exclusive进入休眠状态。上面被MediaPlayerService启动后进程唤醒后，继续执行binder_thread_read函数：

        Service Manager被唤醒之后，就进入while循环开始处理事务了。这里wait_for_proc_work等于1，并且proc->todo不为空，所以从proc->todo列表中得到第一个工作项：

            &nbs

进程 代码分析 ipc binder 进程间通信 源代码 通信 Android