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Android系统Binder机制之一(Service Manager篇)  

2012-02-28 17:48:13|  分类: 深入研究 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文转载整理自: http://my.unix-center.net/~Simon_fu/?p=875 

一、前言

Android虽然构建在Linux上面,但是在IPC(进程间)机制方面,没有利用Linux提供IPC机制,而是自己实现了一套轻量级的IPC机制——binder机制。并且Android Binder机制之上,Android框架提供了一套封装,可以实现对象代理(在本地进程中代理远程进程的对象)。本文简单分析一下Android Binder机制。

二、Binder情景分析

    一个IPC通讯我们可以理解成客户端-服务器模式,因此我们先在这里分析一下典型的Binder应用模式:

1、客户端通过某种方式(后文会详细介绍)得到服务器端的代理对象。从客户端角度看来代理对象和他的本地对象没有什么差别。它可以像其他本地对象一样调用其方法,访问其变量。 

2、客户端通过调用服务器代理对象的方法向服务器端发送请求。 

3、代理对象把用户请求通过Android内核(Linux内核)的Binder驱动发送到服务器进程。 

4、服务器进程处理用户请求,并通过Android内核(Linux内核)的Binder驱动返回处理结果给客户端的服务器代理对象。 

5、客户端收到服务器端的返回结果。

    如果你对COM或者Corba熟悉的话,以上的情景是否会让你联想到什么呢?没错!都是对象代理。以上的情景,在Android中经常会被用到。如果你还没有注意到这点儿,那么本文非常适合你。

三、Binder机制的组成

1、Binder驱动

    binder是内核中的一个字符驱动设备位于:/dev/binder。这个设备是Android系统IPC的核心部分,客户端的服务代理用来通过它向服务器(server)发送请求,服务器也是通过它把处理结果返回给客户端的服务代理对象。我们只需要知道它的功能就可以了,本文我们的重点不在这里,所以后面不会专门介绍这部分。如果想深入了解的话,请研究内核源码中的binder.c。

2、Service Manager

    负责管理服务。对应于第一步中,客户端需要向Service Manager来查询和获得所需要服务。服务器也需要向Service Manager注册自己提供的服务。可以看出Service Manager是服务的大管家。

3、服务(Server)

    需要强调的是这里服务是指的是System Server,而不是SDK server,请参考《(转)高焕堂——Android框架底层结构知多少?》关于两种Server的介绍(其实应该是三种,丢掉了init调用的server,在init.rc中配置)。

4、客户端

    一般是指Android系统上面的应用程序。它可以请求Server中的服务。

5、对象代理

    是指在客户端应用程序中生成的Server代理(proxy)。从应用程序角度看代理对象和本地对象没有差别,都可以调用其方法,方法都是同步的,并且返回相应的结果。

四、大内总管——Service Manager

    Android系统Binder机制的总管是Service Manager,所有的Server(System Server)都需要向他注册,应用程序需要向其查询相应的服务。可见其作用是多么的重要,所以本文首先介绍Service Manager。

    通过上面介绍我们知道Service Manager非常重要,责任重大。那么怎样才能成为Service Manager呢?是不是谁都可以成为Service Manager呢?怎样处理server的注册和应用程序的查询和获取服务呢?为了回答这些问题先查看,Android中Service Manager的源码,其源码位于:

frameworks\base\cmds\servicemanager\service_manager.c

我们发现了main函数,说明他自己就是一个进程,在init.rc中我们发现:

service servicemanager /system/bin/servicemanager
user system
critical
onrestart restart zygote
onrestart restart media

说明其是Android核心程序,开机就会自动运行。

    下面我们在研究一下它的代码,main函数很简单:

int main(int argc, char **argv)

{

    struct binder_state *bs;

    void *svcmgr = BINDER_SERVICE_MANAGER;

    bs = binder_open(128*1024);

    if (binder_become_context_manager(bs)) {

        LOGE("cannot become context manager (%s)\n", strerror(errno));

        return -1;

    }

    svcmgr_handle = svcmgr;

    binder_loop(bs, svcmgr_handler);

    return 0;

}

我们看到它先调用binder_open打开binder设备(/dev/binder),其次它调用了binder_become_context_manager函数,这个函数使他自己变为了“Server大总管”,其代码如下:

int binder_become_context_manager(struct binder_state *bs)

{

    return ioctl(bs->fd, BINDER_SET_CONTEXT_MGR, 0);

}

也就是通过ioctl向binder设备声明“我就是server大总管”。

    Service Manager作为一个Server大总管,本身也是一个server。既然是一个server就要时刻准备为客户端提供服务。最后Service Manager调用binder_loop进入到循环状态,并提供了一个回调函数,等待用户的请求。注意他的Service Manager的客户端既包括应用程序(查询和获取服务),也包括Server(注册服务)。

    Service Manager的客户怎样才能请求其服务呢?答案是上文我们提到的情景一样。客户需要在自己进程中创建一个服务器代理。现在没有地方去查询服务,那么它的客户怎样生成他的服务代理对象呢?答案是binder设备(/dev/binder)为每一个服务维护一个句柄,调用binder_become_context_manager函数变为“Server大总管”的服务,他的句柄永远是0,是一个“众所周知”的句柄,这样每个程序都可以通过binder机制在自己的进程空间中创建一个Service Manager代理对象了。其他的服务在binder设备在设备中的句柄是不定的,需要向“Server大总管”查询才能知道

    现在我们需要研究Server怎样注册服务了,还是在其源码中,我们可以看到在其服务处理函数中(上文提到binder_loop函数注册给binder设备的回调函数svcmgr_handler)有如下代码:

    case SVC_MGR_ADD_SERVICE:

        s = bio_get_string16(msg, &len);

        ptr = bio_get_ref(msg);

        if (do_add_service(bs, s, len, ptr, txn->sender_euid))

            return -1;

        break;

有server向binder设备写入请求注册Service时,Service Manager的服务处理回调函数将会被调用。我们在仔细看看do_add_service函数的实现:

int do_add_service(struct binder_state *bs,

                   uint16_t *s, unsigned len,

                   void *ptr, unsigned uid)

{

    struct svcinfo *si;

//    LOGI("add_service('%s',%p) uid=%d\n", str8(s), ptr, uid);


    if (!ptr || (len == 0) || (len > 127))

        return -1;

    if (!svc_can_register(uid, s)) {

        LOGE("add_service('%s',%p) uid=%d - PERMISSION DENIED\n",

             str8(s), ptr, uid);

        return -1;

    }

    si = find_svc(s, len);

    if (si) {

        if (si->ptr) {

            LOGE("add_service('%s',%p) uid=%d - ALREADY REGISTERED\n",

                 str8(s), ptr, uid);

            return -1;

        }

        si->ptr = ptr;

    } else {

        si = malloc(sizeof(*si) + (len + 1) * sizeof(uint16_t));

        if (!si) {

            LOGE("add_service('%s',%p) uid=%d - OUT OF MEMORY\n",

                 str8(s), ptr, uid);

            return -1;

        }

        si->ptr = ptr;

        si->len = len;

        memcpy(si->name, s, (len + 1) * sizeof(uint16_t));

        si->name[len] = '\0';

        si->death.func = svcinfo_death;

        si->death.ptr = si;

        si->next = svclist;

        svclist = si;

    }

    binder_acquire(bs, ptr);

    binder_link_to_death(bs, ptr, &si->death);

    return 0;

}

我们看到首先检查是否有权限注册service,没权限就对不起了,出错返回;然后检查是否已经注册过,注册过的service将不能再次注册。然后构造一个svcinfo对象,并加入一个全局链表中svclist中。最后通知binder设备:有一个service注册进来。  si->ptr = ptr;这里的ptr应该就是注册的service的句柄。

    我们再来看看客户端怎样通过Service Manager获得Service,还是在服务处理函数中(上文提到binder_loop函数注册给binder设备的回调函数)有如下代码:

    case SVC_MGR_GET_SERVICE:

    case SVC_MGR_CHECK_SERVICE:

        s = bio_get_string16(msg, &len);

        ptr = do_find_service(bs, s, len);

        if (!ptr)

            break;

        bio_put_ref(reply, ptr);

        return 0;

    我们可以看到通过do_find_service查找Service如果查找到的话,写入reply中返回给客户端。

do_find_service函数也在service_manager.c文件中,其源码如下:

void *do_find_service(struct binder_state *bs, uint16_t *s, unsigned len)

{

    struct svcinfo *si;

    si = find_svc(s, len);

//    LOGI("check_service('%s') ptr = %p\n", str8(s), si ? si->ptr : 0);

    if (si && si->ptr) {

        return si->ptr;

    } else {

        return 0;

    }

}

do_find_service又调用了find_svc函数,其源码如下:

struct svcinfo *svclist = 0;

struct svcinfo *find_svc(uint16_t *s16, unsigned len)

{

    struct svcinfo *si;

    for (si = svclist; si; si = si->next) {

        if ((len == si->len) &&

            !memcmp(s16, si->name, len * sizeof(uint16_t))) {

            return si;

        }

    }

    return 0;

}

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