Android進(jìn)程間Binder機(jī)制服務(wù)端及客戶端C 實(shí)現(xiàn)分析

arm_embed 2012-07-20

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Android進(jìn)程間Binder機(jī)制服務(wù)端及客戶端C++實(shí)現(xiàn)分析 (2012-02-06 22:12)

標(biāo)簽: android binder 分類： Android開發(fā)

接觸過android的人都知道Binder服務(wù)調(diào)用是android系統(tǒng)的基礎(chǔ)。它擔(dān)負(fù)是跨進(jìn)程或進(jìn)程內(nèi)調(diào)用和數(shù)據(jù)傳遞的任務(wù)。理解它是理解android眾多services的基礎(chǔ)。binder服務(wù)的層次圖如下：

從圖中看出，一個(gè)binder服務(wù)基本分為3層：第一層業(yè)務(wù)層，它是服務(wù)的主體；第二層是粘合層，它把服務(wù)的主體和下層的binder層粘合在一起，在這一層上，可以進(jìn)行transact()調(diào)用；第三層是binder層，它負(fù)責(zé)與binder驅(qū)動(dòng)交互，完成跨進(jìn)程數(shù)據(jù)傳遞。下面從服務(wù)端實(shí)現(xiàn)說起：

Binder服務(wù)的C++實(shí)現(xiàn)分析

BnXXXService是由模板類BnInterface生成的，BnInterface扮演粘合劑的角色，它把服務(wù)主體接口（IXXXService）和服務(wù)載體（BBinder）粘和在一起。它定義在frameworks/base/include/binder/IInterface.h:

template<typename INTERFACE>
class BnInterface : public INTERFACE, public BBinder
{
public:
virtual sp<IInterface> queryLocalInterface(const String16& _descriptor);
virtual const String16& getInterfaceDescriptor() const;
protected:
virtual IBinder* onAsBinder();
};

一個(gè)新的服務(wù)實(shí)體類BnXXXService一般用下面的方式定義：

class BnXXXService : public BnInterface<IXXXService>
{
public:
virtual status_t onTransact( uint32_t code,
const Parcel& data,
Parcel* reply,
uint32_t flags = 0);
};

模板展開后，相當(dāng)于:

class BnXXXService : public IXXXService, public BBinder{

public:

virtual status_t onTransact( uint32_t code,

const Parcel& data,

Parcel* reply,

uint32_t flags = 0);

}

這樣BnXXXService同時(shí)繼承于IXXXService和BBinder。IXXXService是服務(wù)的接口，具體的服務(wù)函數(shù)在BnXXXService中實(shí)現(xiàn)。必須重載BnXXXService::onTransact()，在其中對不同的請求code，調(diào)用不同的函數(shù)。BBinder是服務(wù)的載體。當(dāng)客戶端發(fā)起服務(wù)請求，binder驅(qū)動(dòng)找出相應(yīng)服務(wù)的binder對象，這個(gè)binder對象就是BBinder，返回給IPCThreadState，IPCThreadState調(diào)用BBinder::transact()，如下面1028行代碼所示：

891 status_t IPCThreadState::executeCommand(int32_t cmd){
...
897 switch (cmd) {
....
970 case BR_TRANSACTION:
971 {
972 binder_transaction_data tr;
973 result = mIn.read(&tr, sizeof(tr));
....
1026 if (tr.target.ptr) {
1027 sp<BBinder> b((BBinder*)tr.cookie);
1028 const status_t error = b->transact(tr.code, buffer, &reply, tr.flags);
1029 if (error < NO_ERROR) reply.setError(error);
1030
1031 } else {
....
1034 }
}

1028行調(diào)用BBinder::tranact()。BBinder::tranact()是：

96 status_t BBinder::transact(
97 uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)
98 {
99 data.setDataPosition(0);
100
101 status_t err = NO_ERROR;
102 switch (code) {
....
106 default:
107 err = onTransact(code, data, reply, flags);
108 break;
109 }
....
115 return err;
116 }

107行調(diào)用的onTransact()，其實(shí)就是BnXXXService::onTransact()。這樣就可以在BnXXXService::onTransact()中通過switch語句完成各種各樣的服務(wù)。有關(guān)類的關(guān)系如圖：

由此看出：BnXXXService包含兩部分：一是IXXXService，服務(wù)的主體的接口；另一部分是BBinder，它是服務(wù)的載體，它和binder驅(qū)動(dòng)共同工作，保證客戶的請求最終是對一個(gè)binder對象（BBinder類）的調(diào)用。從binder驅(qū)動(dòng)的角度，每一個(gè)服務(wù)就是一個(gè)BBinder類，binder驅(qū)動(dòng)負(fù)責(zé)找出服務(wù)對應(yīng)的BBinder類。然后把這個(gè)BBinder類返回給IPCThreadState，IPCThreadState調(diào)用BBinder的transact()。BBinder的transact()又會(huì)調(diào)用onTransact()。BBinder::onTransact()是虛函數(shù)，所以實(shí)際實(shí)際是調(diào)用BnXXXService::onTransact()，這樣就可在BnXXXService::onTransact()中完成具體的服務(wù)函數(shù)的調(diào)用。

BnXXXService可以用下面的方法以名字“xxx.xxx.serviceName”向ServiceManager注冊：

defaultServiceManager()->addService(String16("xxx.xxx.serviceName"), new BnXXXService());

注冊后，系統(tǒng)中的其他用戶就可以調(diào)用這個(gè)服務(wù)啦。

Binder客戶端C++實(shí)現(xiàn)分析

如果說BnInterface是服務(wù)端服務(wù)主體和載體的粘和劑，那么BpInterface就是客戶端代理和binder載體的粘合劑。它的定義：

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

與服務(wù)端類似，客服端一般也用下面的方式得到客戶端的服務(wù)代理：

class BpXXXService: public BpInterface<IXXXService>{
}

這樣BpXXXService實(shí)際上是

class BpXXXService : public IXXXService, public BpRefBase{
public:
BpXXXService(const sp<IBinder& remote);
....
};

構(gòu)造BpXXXService時(shí)需要一個(gè)IBinder引用。這個(gè)引用從哪里來呢？下面這段代碼說明這個(gè)問題，它的功能是從ServiceManager得到注冊服務(wù)代理對象：

sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
sp<IBinder> binder = sm->getService(String16("IXXXService.name"));
sp<IXXXService> cs = interface_cast<IXXXService>(binder);

如代碼所示：先通過defaultServiceManager()得到IServiceManager的客戶代理，然后這個(gè)IServiceManager對象查詢"IXXXService.name"服務(wù)，ServiceManager::getService()返回對應(yīng)服務(wù)的IBinder。最后，interface_cast把這個(gè)IBinder轉(zhuǎn)換成服務(wù)的客戶端代理類BpXXXService。interface_cast的定義如下，

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

#define IMPLEMENT_META_INTERFACE(INTERFACE, NAME) \

const android::String16 I##INTERFACE::descriptor(NAME); \

const android::String16& \

I##INTERFACE::getInterfaceDescriptor() const { \

return I##INTERFACE::descriptor; \

} \

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; \

} \

I##INTERFACE::I##INTERFACE() { } \

I##INTERFACE::~I##INTERFACE() { } \

關(guān)鍵在：如果obj是BBinder,obj->queryLocalInterface()返回接口本身；如果是BpBinder，則返回NULL。利用這個(gè)特性，當(dāng)queryLocalInterface()返回NULL時(shí)，程序構(gòu)造一個(gè)BpXXXService。這就是interface_cast(const sp<IBinder>& obj)返回的客戶端代理類BpXXXService。

這里有個(gè)細(xì)節(jié)，binder驅(qū)動(dòng)實(shí)際上返回的是服務(wù)的句柄(handle)，而getService返回的是IBinder。這中間發(fā)生了什么？看看getService()，getSerivice()調(diào)用checkService()：

virtual sp<IBinder> checkService( const String16& name) const
{
Parcel data, reply;
data.writeInterfaceToken(IServiceManager::getInterfaceDescriptor());
data.writeString16(name);
remote()->transact(CHECK_SERVICE_TRANSACTION, data, &reply);
return reply.readStrongBinder();
}

CHECK_SERVICE_TRANSACTION的結(jié)果放在reply，binder驅(qū)動(dòng)返回的服務(wù)句柄放在reply中，它應(yīng)該在Parcel::readStrongBinder()中被轉(zhuǎn)換成sp<IBinder>。看看Parcel::readStrongBinder()

sp<IBinder> Parcel::readStrongBinder() const
{
sp<IBinder> val;
unflatten_binder(ProcessState::self(), *this, &val);
return val;
}
...
status_t unflatten_binder(const sp<ProcessState>& proc,
const Parcel& in, sp<IBinder>* out)
{
const flat_binder_object* flat = in.readObject(false);
if (flat) {
switch (flat->type) {
case BINDER_TYPE_BINDER:
*out = static_cast<IBinder*>(flat->cookie);
return finish_unflatten_binder(NULL, *flat, in);
case BINDER_TYPE_HANDLE:
*out = proc->getStrongProxyForHandle(flat->handle);
return finish_unflatten_binder(
static_cast<BpBinder*>(out->get()), *flat, in);
}
}
return BAD_TYPE;
}

Parcel::readStrongBinder()調(diào)unflatten_binder()。在unflatten_binder()里，由于binder驅(qū)動(dòng)返回的是handle，所以ProcessState::getStrongProxyForHandle()被調(diào)用。

sp<IBinder> ProcessState::getStrongProxyForHandle(int32_t handle)
{
sp<IBinder> result;
AutoMutex _l(mLock);
handle_entry* e = lookupHandleLocked(handle);
if (e != NULL) {
IBinder* b = e->binder;
if (b == NULL || !e->refs->attemptIncWeak(this)) {
b = new BpBinder(handle); /*以handle為參數(shù)構(gòu)造BpBinder*/ e->binder = b;
if (b) e->refs = b->getWeakRefs();
result = b;
} else {
....
}
}
return result;
}

如果應(yīng)用是第一次請求服務(wù)，那lookupHandleLocked(handle)應(yīng)該返回Null 。這樣ProcessState::getStrongProxyForHandle()構(gòu)造一個(gè)以handle為參數(shù)構(gòu)造BpBinder。這個(gè)BpBinder就是getService()得到IBinder。這樣這個(gè)至關(guān)重要的handle被保存在BpBinder里。這個(gè)BpBinder也是interface_cast(const sp<IBinder>& obj)中輸入?yún)?shù)的IBinder。

客戶端涉及的類關(guān)系圖：

到此為止，我們大致勾畫出binder調(diào)用的過程，服務(wù)端用BnInterface模板，把具體服務(wù)的接口和BBinder結(jié)合起來生成一個(gè)服務(wù)類。然后把這個(gè)服務(wù)類向ServiceManager注冊，注冊簡單地說就是把一個(gè)服務(wù)的名字和它對應(yīng)的BBinder的句柄（handle）在ServiceManager中關(guān)聯(lián)起來。以后有人需要這個(gè)服務(wù)，可以用名字得到它的句柄，用這個(gè)句柄，binder驅(qū)動(dòng)就可以找到具體的BBinder服務(wù)類了。

客戶端用BpInterface模板，把具體服務(wù)的接口和BpBinder結(jié)合起來生成一個(gè)客戶端代理類。客戶端代理類的實(shí)質(zhì)就是一個(gè)服務(wù)句柄，這個(gè)句柄從binder驅(qū)動(dòng)中返回給應(yīng)用層，應(yīng)用層再用Parcel::readStrongBinder()把它轉(zhuǎn)換成sp<IXXXService>，并把它保存在BpBinder。

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