前语

本章首要基于面试中的常见问题，进行 Binder 机制的解说；

Binder 是什么？

在 Android 中咱们所运用的 Activity，Service 等组件都需求和 AMS 通讯，这种跨进程的通讯都是经过 Binder 完结的；

机制视点，Binder 是一种进程间通讯机制；
驱动视点，站在内核层视点，Binder 是一个虚拟物理设备驱动；
应用层视点，Binder.java 是一个能发起通讯的 Java 类。根据声明的 AIDL 文件，它会协助咱们生成一些 Binder 的子类，这些子类会协助咱们完结进程间通讯；
Framework、Native 视点，Binder 衔接了 Client、Server、ServiceManager 和 Binder 驱动程序，形成一套 C/S 通讯架构；

什么情况下运用多进程？多进程的长处有哪些

Binder 在跨进程通讯中运用，那么什么情况下应该运用多进程呢？以及运用多进程有哪些优势呢？

突破进程内存约束，如图库占用内存太多（大图浏览）;
功能稳定性，独立的通讯进程保持长衔接的稳定性(例如微信的通讯，push);
规避体系内存走漏，独立的 webview、播放器，进程隔绝内存泄露导致的问题;
阻隔风险：对于不稳定的功能放入独立进程，避免导致主进程崩溃;

Binder 有什么优势？Android 为什么要用 Binder 来履行进程间通讯

Linux 进程间都有哪些通讯办法？

再说 Binder 优势的时分，咱们先来看下 Linux 进程间都有哪些通讯办法？

管道 Pipe；
Socket，它是基于C/S架构做为一款通用接口，传输功率低，开销大；Socket 进程通讯的时分数据需求仿制两次；Socket 通讯依靠上层协议拜访接入点是敞开的，是不安全的；
信号量；
同享内存：数据无需仿制；可是完结与操控较为复杂，需求自行处理并发同步等问题；依靠上层协议（不靠谱），拜访接入点敞开不安全（依靠上层协议说的是身份辨认的时分，当时 app 调用服务的时分，需求传递身份标识进行身份辨认，当时 app 将自己的 pid 告知服务，那么就能够随意的产出一个 pid 告知服务，不靠谱）拜访接入点敞开，就相似公共汽车，谁都能够上车相同，不安全；
Binder；

而管道、Socket、信号量，它们的通讯办法原理是相同的：都是内核空间经过体系调用将用户空间的数据仿制一份到内核空间(copy from user)。再经过体系调用由内核空间仿制给另一个进程的用户空间(copy to user)，这种传统办法的通讯进行了两次仿制；

什么是体系调用？

copy_from_user 和 copy_to_user 便是体系调用；

Binder 有哪些优势？

Android 没有采用传统的进程间通讯办法，而是采用了 Binder，那么 Binder 通讯有哪些优势呢？

数据仿制一次；
C/S 架构，清晰明朗。Client 与 Server 相对独立，稳定性好；
除了性能上（仿制一次）比同享内存（无需仿制）差一些，其他都优于同享内存；
安全性有确保，内核添加身份(UID/PID)标识(可靠)，支撑实名和匿名；实名：体系服务便是实名制进行binder通讯，例如咱们能够直接经过 getSystemService() 来获取体系服务；匿名：自己发动的服务；UID 是由体系进行分配的一个字符串；

传统办法的进程间是怎么通讯的？

说完 Binder 的优势之后，咱们来看 Binder 是怎么通讯的，再说 Binder 是怎么通讯之前，咱们需求看下进程间是怎么通讯的；

由于进程间的内存是阻隔的，不像线程之间是内存同享的，那么咱们来看下进程间的内存是怎么区分的：整体分为用户空间和内核空间，用户空间内存阻隔，内核空间内存同享；

什么是内存空间

用户程序代码运行的当地；

什么是内核空间

内核代码运行的当地；

用户空间和内核空间都是虚拟内存，可是一切 app 的内核空间映射的物理内存都是同一个；

每个进程的用户空间都是独立的，也是阻隔的，每个进程的用户空间和内核空间也是阻隔的，可是一切的内核空间是同享的；

为了安全，它们是阻隔的(也便是说用户空间拿不到内核空间的虚拟内存数据，内核空间也拿不到用户空间的虚拟内存数据)，即运用户空间崩溃了，内核空间也不受影响；

所以，进程间通讯的中心原理便是：A 进程将自己用户空间的数据交给内核空间，让内核空间交给接收方进程的用户空间，然后完结进程间通讯，期间发生了两次仿制，一次是从用户空间仿制到内核空间（copy_from_user），一次是从内核空间仿制到用户空间(copy_to_user)；

PS：不同架构体系，内存空间和内核空间区分也不同；

32位体系：即2的32次幂，一共可拜访地址为4G，内核空间为1G，用户空间为3G。

64位体系：低位0-47位才是可变的有用地址(寻址空间256T)，高位48-63位悉数补0或许补1。一般高位悉数补0对应的是用户空间，高位悉数补1对应的是内核空间；

Binder 是怎么做到一次仿制的（怎么通讯）？

内核空间经过体系调用将A进程用户空间的数据仿制一份到内核空间(copy from user)；

内核空间的虚拟内存终究都必须要关联到同一个物理内存「一切app的内核空间都映射同一个物理空间」（利用 MMU，将虚拟内存转换成物理内存）；

内核空间将数据放到内核空间的虚拟内存，内核空间的这个虚拟内存映射的物理内存地址和接收方 B 进程的用户空间中虚拟内存映射的物理内存地址是同一个（怎么映射：经过 mmap(零仿制技能) 来完结映射）；

内核往里面放，就相当于放到了 B 进程用户空间的虚拟内存中，B 进程可直接拜访；

传统 IO 操作

这儿要额外的说一下传统的 IO 操作

传统 IO 上，用户空间是不能直接操作文件的；

所以，传统 IO 履行了两次数据仿制，虚拟内存仿制到内核空间虚拟内存，再由内核空间虚拟内存仿制到物理地址的文件；

用户态到内核态，以及内核态到物理文件的两次 copy 都是耗时的，所以 IO 操作是耗时的；

mmap 原理（Binder 通讯原理）

Linux 经过将一个虚拟内存区域与文件描述符关联起来，以初始化这个虚拟内存区域的内容，这个进程称为内存映射(memory mapping)；

经过 mmap(体系供给的 Api) 将文件和用户空间的虚拟内存映射区域建立了一个联络，用户空间可直接操作这个文件(无需经过 copy 数据到内核空间，再由内核空间到文件的进程）；

对文件进行 mmap 会在进程的虚拟内存分配地址空间创立映射联络，完结这样的映射联络之后，就能够采用指针的办法读写操作这一段内存，而体系会自动回写到对应的文件磁盘上。

mmap 本质便是：能够让虚拟内存和指定的物理内存直接联络起来；

所以 mmap 相对于传统的 IO 的优势有如下几点：

mmap 对文件的读写操作只需求从磁盘到用户主存的一次数据仿制进程，减少了数据的仿制次数，提高了文件操作功率;
mmap 运用逻辑内存对磁盘进行映射，操作内存就相当于操作文件，不需求敞开线程，操作 mmap 的速度和操作内存的速度相同快;
mmap 供给一段可供随时写入的内存块，App 只管往里面写数据，由操作体系(如内存不足、进程退出等时分)担任将内存回写到文件;

同享内存是怎么完结零仿制的？

讲到这儿，同享内存的零仿制技能也就知道了，发送方接收方内核共同映射同一块物理内存就能够完结零仿制了；

Binder 驱动是怎么发动的？

linux 中一切皆文件，所以 Binder 驱动其实也是一个文件，既然是一个文件，那么就能够像 mmap 似的，指定一块内存和这个文件进行一个联络；

Binder 驱动的发动，能够从下面这张图中更详细的理解

Binder 驱动的发动，首要是经过binder_init()、binder_open()、binder_mmap()、binder_ioctll() 四个办法来发动的；

binder_init()

Binder 发动的是 misc 设备，它是没有详细硬件的，它实际上便是一块内存，Android 为什么要运用 misc 设备，是由于注册简单；

binder_init() 这个办法详细做了什么？咱们进入源码看下:

device_initcall(binder_init);

经过 device_initcall 来调用 binder_init 进行初始化发动，咱们进入这个 binder_init 办法看下：

static int __init binder_init(void)
{
	int ret;
	char *device_name, *device_names;
	struct binder_device *device;
	struct hlist_node *tmp;
   // 创立一个单线程的作业队列
	binder_deferred_workqueue = create_singlethread_workqueue("binder");
	if (!binder_deferred_workqueue)
		return -ENOMEM;
	binder_debugfs_dir_entry_root = debugfs_create_dir("binder", NULL);
	if (binder_debugfs_dir_entry_root)
		binder_debugfs_dir_entry_proc = debugfs_create_dir("proc",
						 binder_debugfs_dir_entry_root);
	if (binder_debugfs_dir_entry_root) {
		debugfs_create_file("state",
				    S_IRUGO,
				    binder_debugfs_dir_entry_root,
				    NULL,
				    &binder_state_fops);
		debugfs_create_file("stats",
				    S_IRUGO,
				    binder_debugfs_dir_entry_root,
				    NULL,
				    &binder_stats_fops);
		debugfs_create_file("transactions",
				    S_IRUGO,
				    binder_debugfs_dir_entry_root,
				    NULL,
				    &binder_transactions_fops);
		debugfs_create_file("transaction_log",
				    S_IRUGO,
				    binder_debugfs_dir_entry_root,
				    &binder_transaction_log,
				    &binder_transaction_log_fops);
		debugfs_create_file("failed_transaction_log",
				    S_IRUGO,
				    binder_debugfs_dir_entry_root,
				    &binder_transaction_log_failed,
				    &binder_transaction_log_fops);
	}
	/*
	 * Copy the module_parameter string, because we don't want to
	 * tokenize it in-place.
	 */
	device_names = kzalloc(strlen(binder_devices_param) + 1, GFP_KERNEL);
	if (!device_names) {
		ret = -ENOMEM;
		goto err_alloc_device_names_failed;
	}
        // 履行了一次仿制，将 devices 仿制到 device_names 中，也便是从装备信息中读取 binderDevice
	strcpy(device_names, binder_devices_param);
	while ((device_name = strsep(&device_names, ","))) {
                // 初始化 binder 设备
		ret = init_binder_device(device_name);
		if (ret)
			goto err_init_binder_device_failed;
	}
	return ret;
err_init_binder_device_failed:
	hlist_for_each_entry_safe(device, tmp, &binder_devices, hlist) {
		misc_deregister(&device->miscdev);
		hlist_del(&device->hlist);
		kfree(device);
	}
err_alloc_device_names_failed:
	debugfs_remove_recursive(binder_debugfs_dir_entry_root);
	destroy_workqueue(binder_deferred_workqueue);
	return ret;
}

装备信息中的 binder_devices 便是 binder；

经过 init_binder_device 办法来初始化 Binder 设备，咱们进入这个办法看下：

static int __init init_binder_device(const char *name)
{
	int ret;
	struct binder_device *binder_device;
   // 为 binder 设备分配虚拟内存
	binder_device = kzalloc(sizeof(*binder_device), GFP_KERNEL);
	if (!binder_device)
		return -ENOMEM;
   // 对 binder 设备进行初始化
   //     
	binder_device->miscdev.fops = &binder_fops;
	binder_device->miscdev.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR;
	binder_device->miscdev.name = name;
   // 获取 uid 放到 binder_service 中 
	binder_device->context.binder_context_mgr_uid = INVALID_UID;
	binder_device->context.name = name;
	ret = misc_register(&binder_device->miscdev);
	if (ret < 0) {
		kfree(binder_device);
		return ret;
	}
    // 将 binder 设备添加到设备链表中
	hlist_add_head(&binder_device->hlist, &binder_devices);
	return ret;
}

这儿用到了一个 &binder_fops 咱们来看下这个数据结构

static const struct file_operations binder_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.poll = binder_poll,
	.unlocked_ioctl = binder_ioctl,
	.compat_ioctl = binder_ioctl,
        // .mmap 是native 层， binder_mmap 便是驱动层
	.mmap = binder_mmap,
	.open = binder_open,
	.flush = binder_flush,
	.release = binder_release,
};

这儿将 native 层和驱动层进行了一个映射；

所以 binder_init 做了三件事情：分配内存、初始化设备、添加到设备链表binder_devices；

binder_open()

咱们接下来看下 binder_open 都做了什么，咱们进入源码看下

static int binder_open(struct inode *nodp, struct file *filp)
{
	struct binder_proc *proc;
	struct binder_device *binder_dev;
	binder_debug(BINDER_DEBUG_OPEN_CLOSE, "binder_open: %d:%dn",
		     current->group_leader->pid, current->pid);
   // 初始化一个结构体，分配内存，用来保存一个进程信息
	proc = kzalloc(sizeof(*proc), GFP_KERNEL);
	if (proc == NULL)
		return -ENOMEM;
   // 将当时线程任务栈保存到 proc，相当于是给这个 proc 结构体进行初始化	
        get_task_struct(current);
	proc->tsk = current;
	INIT_LIST_HEAD(&proc->todo);
	init_waitqueue_head(&proc->wait);
   // 将 nice 转换成优先级     
	proc->default_priority = task_nice(current);
	binder_dev = container_of(filp->private_data, struct binder_device,
				  miscdev);
	proc->context = &binder_dev->context;
   // 创立一个同步锁，由于binder支撑多线程，这儿用来进行同步
	binder_lock(__func__);
   // proc 进行基数 +1
	binder_stats_created(BINDER_STAT_PROC);
   // 将 proc 添加到 binder_procs 数据链表中     
	hlist_add_head(&proc->proc_node, &binder_procs);
	proc->pid = current->group_leader->pid;
	INIT_LIST_HEAD(&proc->delivered_death);
   // 将 proc 添加到 flip 中，后续 binder 都是从这儿获取 proc     
	filp->private_data = proc;
	binder_unlock(__func__);
	if (binder_debugfs_dir_entry_proc) {
		char strbuf[11];
		snprintf(strbuf, sizeof(strbuf), "%u", proc->pid);
		/*
		 * proc debug entries are shared between contexts, so
		 * this will fail if the process tries to open the driver
		 * again with a different context. The priting code will
		 * anyway print all contexts that a given PID has, so this
		 * is not a problem.
		 */
		proc->debugfs_entry = debugfs_create_file(strbuf, S_IRUGO,
			binder_debugfs_dir_entry_proc,
			(void *)(unsigned long)proc->pid,
			&binder_proc_fops);
	}
	return 0;
}

驱动的翻开，肯定是客户端或许服务端来调用，binder_open 在这儿做了四件事：初始化 binder_proc 目标，将当时进程信息保存到 proc 中，将 proc 信息保存到 flip 中，将 binder_proc 添加到 binder_procs 链表中；

binder_mmap()

咱们接下来看下 binder_mmap 都做了什么，咱们进入源码看下:

// vma 进程的虚拟内存
static int binder_mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma)
{
	int ret;
   // area 内核的虚拟内存
	struct vm_struct *area;
	struct binder_proc *proc = filp->private_data;
	const char *failure_string;
	struct binder_buffer *buffer;
	if (proc->tsk != current)
		return -EINVAL;
    // 先进行进程的虚拟内存判断，不能超过 4M（这个是驱动设定的）
	if ((vma->vm_end - vma->vm_start) > SZ_4M)
		vma->vm_end = vma->vm_start + SZ_4M;
	binder_debug(BINDER_DEBUG_OPEN_CLOSE,
		     "binder_mmap: %d %lx-%lx (%ld K) vma %lx pagep %lxn",
		     proc->pid, vma->vm_start, vma->vm_end,
		     (vma->vm_end - vma->vm_start) / SZ_1K, vma->vm_flags,
		     (unsigned long)pgprot_val(vma->vm_page_prot));
	if (vma->vm_flags & FORBIDDEN_MMAP_FLAGS) {
		ret = -EPERM;
		failure_string = "bad vm_flags";
		goto err_bad_arg;
	}
	vma->vm_flags = (vma->vm_flags | VM_DONTCOPY) & ~VM_MAYWRITE;
	mutex_lock(&binder_mmap_lock);
   // 是否已经做过映射     
	if (proc->buffer) {
		ret = -EBUSY;
		failure_string = "already mapped";
		goto err_already_mapped;
	}
   // 给内核空间分配一块和用户空间、物理内存相同大的区域，并进行映射
	area = get_vm_area(vma->vm_end - vma->vm_start, VM_IOREMAP);
	if (area == NULL) {
		ret = -ENOMEM;
		failure_string = "get_vm_area";
		goto err_get_vm_area_failed;
	}
   // 将 proc 中的 buffer 指针指向这一块内核空间虚拟内存     
	proc->buffer = area->addr;
   // 核算偏移，这个偏移值是让用户空间来获取内核空间的数据的（用户空间 = 虚拟内存地址 + 偏移值）然后就指向了内核空间寄存的数据地址；     
	proc->user_buffer_offset = vma->vm_start - (uintptr_t)proc->buffer;
	mutex_unlock(&binder_mmap_lock);
#ifdef CONFIG_CPU_CACHE_VIPT
	if (cache_is_vipt_aliasing()) {
		while (CACHE_COLOUR((vma->vm_start ^ (uint32_t)proc->buffer))) {
			pr_info("binder_mmap: %d %lx-%lx maps %p bad alignmentn", proc->pid, vma->vm_start, vma->vm_end, proc->buffer);
			vma->vm_start += PAGE_SIZE;
		}
	}
#endif
   // 分配内存
	proc->pages = kzalloc(sizeof(proc->pages[0]) * ((vma->vm_end - vma->vm_start) / PAGE_SIZE), GFP_KERNEL);
	if (proc->pages == NULL) {
		ret = -ENOMEM;
		failure_string = "alloc page array";
		goto err_alloc_pages_failed;
	}
	proc->buffer_size = vma->vm_end - vma->vm_start;
	vma->vm_ops = &binder_vm_ops;
	vma->vm_private_data = proc;
    // 分配物理内存
	if (binder_update_page_range(proc, 1, proc->buffer, proc->buffer + PAGE_SIZE, vma)) {
		ret = -ENOMEM;
		failure_string = "alloc small buf";
		goto err_alloc_small_buf_failed;
	}
	buffer = proc->buffer;
	INIT_LIST_HEAD(&proc->buffers);
   // buffer 添加到链表中
	list_add(&buffer->entry, &proc->buffers);
   // 标记内存能够运用了	
        buffer->free = 1;
	binder_insert_free_buffer(proc, buffer);
   // 异步传输的时分，能够运用的内存就变成了二分之一     
	proc->free_async_space = proc->buffer_size / 2;
	barrier();
	proc->files = get_files_struct(current);
	proc->vma = vma;
	proc->vma_vm_mm = vma->vm_mm;
	/*pr_info("binder_mmap: %d %lx-%lx maps %pn",
		 proc->pid, vma->vm_start, vma->vm_end, proc->buffer);*/
	return 0;
err_alloc_small_buf_failed:
	kfree(proc->pages);
	proc->pages = NULL;
err_alloc_pages_failed:
	mutex_lock(&binder_mmap_lock);
	vfree(proc->buffer);
	proc->buffer = NULL;
err_get_vm_area_failed:
err_already_mapped:
	mutex_unlock(&binder_mmap_lock);
err_bad_arg:
	pr_err("binder_mmap: %d %lx-%lx %s failed %dn",
	       proc->pid, vma->vm_start, vma->vm_end, failure_string, ret);
	return ret;
}

经过 binder_update_page_range 分配物理内存，咱们进入这个办法看下：

static int binder_update_page_range(struct binder_proc *proc, int allocate,
				    void *start, void *end,
				    struct vm_area_struct *vma)
{
	void *page_addr;
	unsigned long user_page_addr;
	struct page **page;
	struct mm_struct *mm;
	binder_debug(BINDER_DEBUG_BUFFER_ALLOC,
		     "%d: %s pages %p-%pn", proc->pid,
		     allocate ? "allocate" : "free", start, end);
	if (end <= start)
		return 0;
	trace_binder_update_page_range(proc, allocate, start, end);
	if (vma)
		mm = NULL;
	else
		mm = get_task_mm(proc->tsk);
	if (mm) {
		down_write(&mm->mmap_sem);
		vma = proc->vma;
		if (vma && mm != proc->vma_vm_mm) {
			pr_err("%d: vma mm and task mm mismatchn",
				proc->pid);
			vma = NULL;
		}
	}
	if (allocate == 0)
		goto free_range;
	if (vma == NULL) {
		pr_err("%d: binder_alloc_buf failed to map pages in userspace, no vman",
			proc->pid);
		goto err_no_vma;
	}
	for (page_addr = start; page_addr < end; page_addr += PAGE_SIZE) {
		int ret;
		page = &proc->pages[(page_addr - proc->buffer) / PAGE_SIZE];
		BUG_ON(*page);
           // 分配一个 page 页（4kb的物理内存）
		*page = alloc_page(GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM | __GFP_ZERO);
		if (*page == NULL) {
			pr_err("%d: binder_alloc_buf failed for page at %pn",
				proc->pid, page_addr);
			goto err_alloc_page_failed;
		}
           // 把物理空间映射的虚拟内核空间（mmap映射的当地）
		ret = map_kernel_range_noflush((unsigned long)page_addr,
					PAGE_SIZE, PAGE_KERNEL, page);
		flush_cache_vmap((unsigned long)page_addr,
				(unsigned long)page_addr + PAGE_SIZE);
		if (ret != 1) {
			pr_err("%d: binder_alloc_buf failed to map page at %p in kerneln",
			       proc->pid, page_addr);
			goto err_map_kernel_failed;
		}
		user_page_addr =
			(uintptr_t)page_addr + proc->user_buffer_offset;
            // 把用户空间的虚拟内存映射到物理内存         
		ret = vm_insert_page(vma, user_page_addr, page[0]);
		if (ret) {
			pr_err("%d: binder_alloc_buf failed to map page at %lx in userspacen",
			       proc->pid, user_page_addr);
			goto err_vm_insert_page_failed;
		}
		/* vm_insert_page does not seem to increment the refcount */
	}
	if (mm) {
		up_write(&mm->mmap_sem);
		mmput(mm);
	}
	return 0;
free_range:
	for (page_addr = end - PAGE_SIZE; page_addr >= start;
	     page_addr -= PAGE_SIZE) {
		page = &proc->pages[(page_addr - proc->buffer) / PAGE_SIZE];
		if (vma)
			zap_page_range(vma, (uintptr_t)page_addr +
				proc->user_buffer_offset, PAGE_SIZE, NULL);
err_vm_insert_page_failed:
		unmap_kernel_range((unsigned long)page_addr, PAGE_SIZE);
err_map_kernel_failed:
		__free_page(*page);
		*page = NULL;
err_alloc_page_failed:
		;
	}
err_no_vma:
	if (mm) {
		up_write(&mm->mmap_sem);
		mmput(mm);
	}
	return -ENOMEM;
}

经过 binder_insert_free_buffer 核算出咱们能够运用的 buffer 巨细，咱们进入这个办法看下：

static void binder_insert_free_buffer(struct binder_proc *proc,
				      struct binder_buffer *new_buffer)
{
	struct rb_node **p = &proc->free_buffers.rb_node;
	struct rb_node *parent = NULL;
	struct binder_buffer *buffer;
	size_t buffer_size;
	size_t new_buffer_size;
	BUG_ON(!new_buffer->free);
	new_buffer_size = binder_buffer_size(proc, new_buffer);
	binder_debug(BINDER_DEBUG_BUFFER_ALLOC,
		     "%d: add free buffer, size %zd, at %pn",
		      proc->pid, new_buffer_size, new_buffer);
	while (*p) {
		parent = *p;
		buffer = rb_entry(parent, struct binder_buffer, rb_node);
		BUG_ON(!buffer->free);
           // 首要是经过这儿获取可用 buffer 巨细
		buffer_size = binder_buffer_size(proc, buffer);
		if (new_buffer_size < buffer_size)
			p = &parent->rb_left;
		else
			p = &parent->rb_right;
	}
	rb_link_node(&new_buffer->rb_node, parent, p);
    // 将可用的 buffer 刺进到 free_buffers 中
	rb_insert_color(&new_buffer->rb_node, &proc->free_buffers);
}

binder_mmap 首要做了三件事，经过用户空间虚拟内存巨细分配了一块内核空间平等巨细的虚拟内存，分配了一块4kb的物理内存，把这块物理内存分别映射到用户空间的虚拟内存和内核空间的虚拟内存；

这儿的 4kb 只是先分配，等到真正要运用的时分，要用多少分配多少；

binder_ioctl()

这个办法首要是用来进行文件的读写操作的，咱们进入这个办法看一下：

static long binder_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
	int ret;
	struct binder_proc *proc = filp->private_data;
	struct binder_thread *thread;
	unsigned int size = _IOC_SIZE(cmd);
	void __user *ubuf = (void __user *)arg;
	/*pr_info("binder_ioctl: %d:%d %x %lxn",
			proc->pid, current->pid, cmd, arg);*/
	trace_binder_ioctl(cmd, arg);
	ret = wait_event_interruptible(binder_user_error_wait, binder_stop_on_user_error < 2);
	if (ret)
		goto err_unlocked;
	binder_lock(__func__);
	thread = binder_get_thread(proc);
	if (thread == NULL) {
		ret = -ENOMEM;
		goto err;
	}
	switch (cmd) {
   // 用的最多的首要是这个 case 下的 binder_ioctl_write_read 这个办法
	case BINDER_WRITE_READ:
		ret = binder_ioctl_write_read(filp, cmd, arg, thread);
		if (ret)
			goto err;
		break;
	case BINDER_SET_MAX_THREADS:
		if (copy_from_user(&proc->max_threads, ubuf, sizeof(proc->max_threads))) {
			ret = -EINVAL;
			goto err;
		}
		break;
	case BINDER_SET_CONTEXT_MGR:
		ret = binder_ioctl_set_ctx_mgr(filp);
		if (ret)
			goto err;
		break;
	case BINDER_THREAD_EXIT:
		binder_debug(BINDER_DEBUG_THREADS, "%d:%d exitn",
			     proc->pid, thread->pid);
		binder_free_thread(proc, thread);
		thread = NULL;
		break;
	case BINDER_VERSION: {
		struct binder_version __user *ver = ubuf;
		if (size != sizeof(struct binder_version)) {
			ret = -EINVAL;
			goto err;
		}
		if (put_user(BINDER_CURRENT_PROTOCOL_VERSION,
			     &ver->protocol_version)) {
			ret = -EINVAL;
			goto err;
		}
		break;
	}
	default:
		ret = -EINVAL;
		goto err;
	}
	ret = 0;
err:
	if (thread)
		thread->looper &= ~BINDER_LOOPER_STATE_NEED_RETURN;
	binder_unlock(__func__);
	wait_event_interruptible(binder_user_error_wait, binder_stop_on_user_error < 2);
	if (ret && ret != -ERESTARTSYS)
		pr_info("%d:%d ioctl %x %lx returned %dn", proc->pid, current->pid, cmd, arg, ret);
err_unlocked:
	trace_binder_ioctl_done(ret);
	return ret;
}

用的最多的首要是这个 case 下的 binder_ioctl_write_read 这个办法，咱们进入这个办法看下：

static int binder_ioctl_write_read(struct file *filp,
				unsigned int cmd, unsigned long arg,
				struct binder_thread *thread)
{
	int ret = 0;
	struct binder_proc *proc = filp->private_data;
	unsigned int size = _IOC_SIZE(cmd);
	void __user *ubuf = (void __user *)arg;
	struct binder_write_read bwr;
	if (size != sizeof(struct binder_write_read)) {
		ret = -EINVAL;
		goto out;
	}
	if (copy_from_user(&bwr, ubuf, sizeof(bwr))) {
		ret = -EFAULT;
		goto out;
	}
	binder_debug(BINDER_DEBUG_READ_WRITE,
		     "%d:%d write %lld at %016llx, read %lld at %016llxn",
		     proc->pid, thread->pid,
		     (u64)bwr.write_size, (u64)bwr.write_buffer,
		     (u64)bwr.read_size, (u64)bwr.read_buffer);
   // 写数据
	if (bwr.write_size > 0) {
		ret = binder_thread_write(proc, thread,
					  bwr.write_buffer,
					  bwr.write_size,
					  &bwr.write_consumed);
		trace_binder_write_done(ret);
		if (ret < 0) {
			bwr.read_consumed = 0;
			if (copy_to_user(ubuf, &bwr, sizeof(bwr)))
				ret = -EFAULT;
			goto out;
		}
	}
   // 读数据
	if (bwr.read_size > 0) {
		ret = binder_thread_read(proc, thread, bwr.read_buffer,
					 bwr.read_size,
					 &bwr.read_consumed,
					 filp->f_flags & O_NONBLOCK);
		trace_binder_read_done(ret);
		if (!list_empty(&proc->todo))
			wake_up_interruptible(&proc->wait);
		if (ret < 0) {
			if (copy_to_user(ubuf, &bwr, sizeof(bwr)))
				ret = -EFAULT;
			goto out;
		}
	}
	binder_debug(BINDER_DEBUG_READ_WRITE,
		     "%d:%d wrote %lld of %lld, read return %lld of %lldn",
		     proc->pid, thread->pid,
		     (u64)bwr.write_consumed, (u64)bwr.write_size,
		     (u64)bwr.read_consumed, (u64)bwr.read_size);
	if (copy_to_user(ubuf, &bwr, sizeof(bwr))) {
		ret = -EFAULT;
		goto out;
	}
out:
	return ret;
}

咱们接下来看下 jni 层调用流程；

咱们 zygote 的发动，会经过 /system/core/rootdir/init.zygote32.rc文件中的命令进行发动，经过这个命令就会发动咱们的 app_main.cpp 下的 main 办法；

service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server
    class main
    socket zygote stream 660 root system
    onrestart write /sys/android_power/request_state wake
    onrestart write /sys/power/state on
    onrestart restart media
    onrestart restart netd
    writepid /dev/cpuset/foreground/tasks

咱们进入这个 main 办法看下：

int main(int argc, char* const argv[])
{
    if (prctl(PR_SET_NO_NEW_PRIVS, 1, 0, 0, 0) < 0) {
        // Older kernels don't understand PR_SET_NO_NEW_PRIVS and return
        // EINVAL. Don't die on such kernels.
        if (errno != EINVAL) {
            LOG_ALWAYS_FATAL("PR_SET_NO_NEW_PRIVS failed: %s", strerror(errno));
            return 12;
        }
    }
    AppRuntime runtime(argv[0], computeArgBlockSize(argc, argv));
    // Process command line arguments
    // ignore argv[0]
    argc--;
    argv++;
    // Everything up to '--' or first non '-' arg goes to the vm.
    //
    // The first argument after the VM args is the "parent dir", which
    // is currently unused.
    //
    // After the parent dir, we expect one or more the following internal
    // arguments :
    //
    // --zygote : Start in zygote mode
    // --start-system-server : Start the system server.
    // --application : Start in application (stand alone, non zygote) mode.
    // --nice-name : The nice name for this process.
    //
    // For non zygote starts, these arguments will be followed by
    // the main class name. All remaining arguments are passed to
    // the main method of this class.
    //
    // For zygote starts, all remaining arguments are passed to the zygote.
    // main function.
    //
    // Note that we must copy argument string values since we will rewrite the
    // entire argument block when we apply the nice name to argv0.
    int i;
    for (i = 0; i < argc; i++) {
        if (argv[i][0] != '-') {
            break;
        }
        if (argv[i][1] == '-' && argv[i][2] == 0) {
            ++i; // Skip --.
            break;
        }
        runtime.addOption(strdup(argv[i]));
    }
    // Parse runtime arguments.  Stop at first unrecognized option.
    bool zygote = false;
    bool startSystemServer = false;
    bool application = false;
    String8 niceName;
    String8 className;
    ++i;  // Skip unused "parent dir" argument.
    while (i < argc) {
        const char* arg = argv[i++];
        // 判断是不是 zygote 发动
        if (strcmp(arg, "--zygote") == 0) {
            zygote = true;
            niceName = ZYGOTE_NICE_NAME;
        } else if (strcmp(arg, "--start-system-server") == 0) {
            startSystemServer = true;
        } else if (strcmp(arg, "--application") == 0) {
            application = true;
        } else if (strncmp(arg, "--nice-name=", 12) == 0) {
            niceName.setTo(arg + 12);
        } else if (strncmp(arg, "--", 2) != 0) {
            className.setTo(arg);
            break;
        } else {
            --i;
            break;
        }
    }
    Vector<String8> args;
    if (!className.isEmpty()) {
        // We're not in zygote mode, the only argument we need to pass
        // to RuntimeInit is the application argument.
        //
        // The Remainder of args get passed to startup class main(). Make
        // copies of them before we overwrite them with the process name.
        args.add(application ? String8("application") : String8("tool"));
        runtime.setClassNameAndArgs(className, argc - i, argv + i);
    } else {
        // We're in zygote mode.
        maybeCreateDalvikCache();
        if (startSystemServer) {
            args.add(String8("start-system-server"));
        }
        char prop[PROP_VALUE_MAX];
        if (property_get(ABI_LIST_PROPERTY, prop, NULL) == 0) {
            LOG_ALWAYS_FATAL("app_process: Unable to determine ABI list from property %s.",
                ABI_LIST_PROPERTY);
            return 11;
        }
        String8 abiFlag("--abi-list=");
        abiFlag.append(prop);
        args.add(abiFlag);
        // In zygote mode, pass all remaining arguments to the zygote
        // main() method.
        for (; i < argc; ++i) {
            args.add(String8(argv[i]));
        }
    }
    if (!niceName.isEmpty()) {
        runtime.setArgv0(niceName.string());
        set_process_name(niceName.string());
    }
    if (zygote) {
        // 如果是 zygote 发动，就会履行 AppRuntime(承继 AndroidRuntime) 的 start 办法
        runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote);
    } else if (className) {
        runtime.start("com.android.internal.os.RuntimeInit", args, zygote);
    } else {
        fprintf(stderr, "Error: no class name or --zygote supplied.n");
        app_usage();
        LOG_ALWAYS_FATAL("app_process: no class name or --zygote supplied.");
        return 10;
    }
}

如果是 zygote 发动，就会履行 AppRuntime(承继 AndroidRuntime) 的 start 办法，咱们进入 AndroidRuntime 的 start 办法看下：

void AndroidRuntime::start(const char* className, const Vector<String8>& options, bool zygote)
{
    ALOGD(">>>>>> START %s uid %d <<<<<<n",
            className != NULL ? className : "(unknown)", getuid());
    static const String8 startSystemServer("start-system-server");
    /*
     * 'startSystemServer == true' means runtime is obsolete and not run from
     * init.rc anymore, so we print out the boot start event here.
     */
    for (size_t i = 0; i < options.size(); ++i) {
        if (options[i] == startSystemServer) {
           /* track our progress through the boot sequence */
           const int LOG_BOOT_PROGRESS_START = 3000;
           LOG_EVENT_LONG(LOG_BOOT_PROGRESS_START,  ns2ms(systemTime(SYSTEM_TIME_MONOTONIC)));
        }
    }
    const char* rootDir = getenv("ANDROID_ROOT");
    if (rootDir == NULL) {
        rootDir = "/system";
        if (!hasDir("/system")) {
            LOG_FATAL("No root directory specified, and /android does not exist.");
            return;
        }
        setenv("ANDROID_ROOT", rootDir, 1);
    }
    //const char* kernelHack = getenv("LD_ASSUME_KERNEL");
    //ALOGD("Found LD_ASSUME_KERNEL='%s'n", kernelHack);
    /* start the virtual machine */
    JniInvocation jni_invocation;
    jni_invocation.Init(NULL);
    JNIEnv* env;
    if (startVm(&mJavaVM, &env, zygote) != 0) {
        return;
    }
    onVmCreated(env);
    // 咱们只需求关怀这儿就能够了，这儿便是进行注册的逻辑
    /*
     * Register android functions.
     */
    if (startReg(env) < 0) {
        ALOGE("Unable to register all android nativesn");
        return;
    }
    /*
     * We want to call main() with a String array with arguments in it.
     * At present we have two arguments, the class name and an option string.
     * Create an array to hold them.
     */
    jclass stringClass;
    jobjectArray strArray;
    jstring classNameStr;
    stringClass = env->FindClass("java/lang/String");
    assert(stringClass != NULL);
    strArray = env->NewObjectArray(options.size() + 1, stringClass, NULL);
    assert(strArray != NULL);
    classNameStr = env->NewStringUTF(className);
    assert(classNameStr != NULL);
    env->SetObjectArrayElement(strArray, 0, classNameStr);
    for (size_t i = 0; i < options.size(); ++i) {
        jstring optionsStr = env->NewStringUTF(options.itemAt(i).string());
        assert(optionsStr != NULL);
        env->SetObjectArrayElement(strArray, i + 1, optionsStr);
    }
    /*
     * Start VM.  This thread becomes the main thread of the VM, and will
     * not return until the VM exits.
     */
    char* slashClassName = toSlashClassName(className);
    jclass startClass = env->FindClass(slashClassName);
    if (startClass == NULL) {
        ALOGE("JavaVM unable to locate class '%s'n", slashClassName);
        /* keep going */
    } else {
        jmethodID startMeth = env->GetStaticMethodID(startClass, "main",
            "([Ljava/lang/String;)V");
        if (startMeth == NULL) {
            ALOGE("JavaVM unable to find main() in '%s'n", className);
            /* keep going */
        } else {
            env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);
#if 0
            if (env->ExceptionCheck())
                threadExitUncaughtException(env);
#endif
        }
    }
    free(slashClassName);
    ALOGD("Shutting down VMn");
    if (mJavaVM->DetachCurrentThread() != JNI_OK)
        ALOGW("Warning: unable to detach main threadn");
    if (mJavaVM->DestroyJavaVM() != 0)
        ALOGW("Warning: VM did not shut down cleanlyn");
}

咱们只需求关怀 startReg 这儿就能够了，这儿便是进行 jni 的注册的逻辑；

int AndroidRuntime::startReg(JNIEnv* env)
{
    /*
     * This hook causes all future threads created in this process to be
     * attached to the JavaVM.  (This needs to go away in favor of JNI
     * Attach calls.)
     */
    androidSetCreateThreadFunc((android_create_thread_fn) javaCreateThreadEtc);
    ALOGV("--- registering native functions ---n");
    /*
     * Every "register" function calls one or more things that return
     * a local reference (e.g. FindClass).  Because we haven't really
     * started the VM yet, they're all getting stored in the base frame
     * and never released.  Use Push/Pop to manage the storage.
     */
    env->PushLocalFrame(200);
    // 进行 jni 的注册逻辑，体系发动的时分就会注册体系的 jni 办法，这样 java 办法才干调用到 native 办法；
    if (register_jni_procs(gRegJNI, NELEM(gRegJNI), env) < 0) {
        env->PopLocalFrame(NULL);
        return -1;
    }
    env->PopLocalFrame(NULL);
    //createJavaThread("fubar", quickTest, (void*) "hello");
    return 0;
}

进行 jni 的注册逻辑，体系发动的时分就会注册体系的 jni 办法，这样 java 办法才干调用到 native 办法；咱们进入这个 register_jni_procs 办法看下：

static int register_jni_procs(const RegJNIRec array[], size_t count, JNIEnv* env)
{
    for (size_t i = 0; i < count; i++) {
        // array[i] 便是 RegJNIRec 
        if (array[i].mProc(env) < 0) {
#ifndef NDEBUG
            ALOGD("----------!!! %s failed to loadn", array[i].mName);
#endif
            return -1;
        }
    }
    return 0;
}

就会调用这些办法：

这儿就有一个 REG_JNI(register_android_os_Binder) binder 的注册就在这儿，咱们进入这个办法看下：

int register_android_os_Binder(JNIEnv* env)
{
    // 首要是这三个办法，注册binder、binderInternal、binderProxy，咱们看其中一个办法就能够
    if (int_register_android_os_Binder(env) < 0)
        return -1;
    if (int_register_android_os_BinderInternal(env) < 0)
        return -1;
    if (int_register_android_os_BinderProxy(env) < 0)
        return -1;
    jclass clazz = FindClassOrDie(env, "android/util/Log");
    gLogOffsets.mClass = MakeGlobalRefOrDie(env, clazz);
    gLogOffsets.mLogE = GetStaticMethodIDOrDie(env, clazz, "e",
            "(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;Ljava/lang/Throwable;)I");
    clazz = FindClassOrDie(env, "android/os/ParcelFileDescriptor");
    gParcelFileDescriptorOffsets.mClass = MakeGlobalRefOrDie(env, clazz);
    gParcelFileDescriptorOffsets.mConstructor = GetMethodIDOrDie(env, clazz, "<init>",
                                                                 "(Ljava/io/FileDescriptor;)V");
    clazz = FindClassOrDie(env, "android/os/StrictMode");
    gStrictModeCallbackOffsets.mClass = MakeGlobalRefOrDie(env, clazz);
    gStrictModeCallbackOffsets.mCallback = GetStaticMethodIDOrDie(env, clazz,
            "onBinderStrictModePolicyChange", "(I)V");
    return 0;
}

首要是这三个办法，注册binder、binderInternal、binderProxy，咱们看其中一个办法就能够，int_register_android_os_Binder 进入这个办法看下：

const char* const kBinderPathName = "android/os/Binder";
static int int_register_android_os_Binder(JNIEnv* env)
{
    // 拿到 Binder 的 class 目标
    jclass clazz = FindClassOrDie(env, kBinderPathName);
    // 经过 gBinderOffsets 这个结构体，保存 java 的一些信息，能够想象成反射
    gBinderOffsets.mClass = MakeGlobalRefOrDie(env, clazz);
    gBinderOffsets.mExecTransact = GetMethodIDOrDie(env, clazz, "execTransact", "(IJJI)Z");
    gBinderOffsets.mObject = GetFieldIDOrDie(env, clazz, "mObject", "J");
    // 获取 gBinderMethods 注册 java 与 native 办法的映射联络；
    return RegisterMethodsOrDie(
        env, kBinderPathName,
        gBinderMethods, NELEM(gBinderMethods));
}

tatic const JNINativeMethod gBinderMethods[] = {
     /* name, signature, funcPtr */
    { "getCallingPid", "()I", (void*)android_os_Binder_getCallingPid },
    { "getCallingUid", "()I", (void*)android_os_Binder_getCallingUid },
    { "clearCallingIdentity", "()J", (void*)android_os_Binder_clearCallingIdentity },
    { "restoreCallingIdentity", "(J)V", (void*)android_os_Binder_restoreCallingIdentity },
    { "setThreadStrictModePolicy", "(I)V", (void*)android_os_Binder_setThreadStrictModePolicy },
    { "getThreadStrictModePolicy", "()I", (void*)android_os_Binder_getThreadStrictModePolicy },
    { "flushPendingCommands", "()V", (void*)android_os_Binder_flushPendingCommands },
    { "init", "()V", (void*)android_os_Binder_init },
    { "destroy", "()V", (void*)android_os_Binder_destroy },
    { "blockUntilThreadAvailable", "()V", (void*)android_os_Binder_blockUntilThreadAvailable }
};

能够看到这儿寄存的便是 java 层能够用调用的办法；经过 int_register_android_os_Binder 这个办法便是完结了 Java 与 native 的互相通讯；

好了，binder 的发动就解说到这儿吧，咱们接下来进行 MMKV 的中心完结：

MMKV 中心完结

这儿直接上代码吧，中心完结其实还是比较简单的：

#include <jni.h>
#include <string>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/mman.h>
#include <android/log.h>
int8_t *m_ptr;
int32_t m_size;
int m_fd;
extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_test_llc_1binder_MainActivity_writeTest(JNIEnv *env, jobject thiz) {
    std::string file = "/sdcard/a.txt";
    //翻开文件
    m_fd = open(file.c_str(), O_RDWR | O_CREAT, S_IRWXU);
    //获得一页内存巨细
    //Linux采用了分页来办理内存，即内存的办理中，内存是以页为单位,一般的32位体系一页为 4096个字节
    m_size = getpagesize();
    //将文件设置为 m_size这么大
    ftruncate(m_fd, m_size); // 100  1000 10000
    // m_size:映射区的长度。 需求是整数页个字节    byte[]
    m_ptr = (int8_t *) mmap(0, m_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, m_fd,
                            0);
    std::string data("mars刚刚写入的数据");
    //将 data 的 data.size() 个数据 仿制到 m_ptr
    //Java 相似的：
//        byte[] src = new byte[10];
//        byte[] dst = new byte[10];
//        System.arraycopy(src, 0, dst, 0, src.length);
    memcpy(m_ptr, data.data(), data.size());
    __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, "mars", "写入数据:%s", data.c_str());
}
extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_test_llc_1binder_MainActivity_readTest(JNIEnv *env, jobject thiz) {
    //请求内存
    char *buf = static_cast<char *>(malloc(100));
    memcpy(buf, m_ptr, 100);
    std::string result(buf);
    __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, "mars", "读取数据:%s", result.c_str());
    //取消映射
    munmap(m_ptr, m_size);
    //封闭文件
    close(m_fd);
}

简历润饰

深度理解 Binder 原理、mmap原理，可手写 MMKV 中心完结

下一章预告

进程通讯，发动与获取SM服务

欢迎三连

来都来了，点个关注点个赞吧，你的支撑是我最大的动力~~~

如何应对Android面试官->玩转Binder机制，手写MMKV核心实现

前语

Binder 是什么？

什么情况下运用多进程？多进程的长处有哪些

Binder 有什么优势？Android 为什么要用 Binder 来履行进程间通讯

Linux 进程间都有哪些通讯办法？

什么是体系调用？

Binder 有哪些优势？

传统办法的进程间是怎么通讯的？

什么是内存空间

什么是内核空间

Binder 是怎么做到一次仿制的（怎么通讯）？

传统 IO 操作

mmap 原理（Binder 通讯原理）

同享内存是怎么完结零仿制的？

Binder 驱动是怎么发动的？

binder_init()

binder_open()

binder_mmap()

binder_ioctl()

MMKV 中心完结

简历润饰

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欢迎三连

作者信息

如何应对Android面试官->玩转Binder机制，手写MMKV核心实现

前语

Binder 是什么？

什么情况下运用多进程？多进程的长处有哪些

Binder 有什么优势？Android 为什么要用 Binder 来履行进程间通讯

Linux 进程间都有哪些通讯办法？

什么是体系调用？

Binder 有哪些优势？

传统办法的进程间是怎么通讯的？

什么是内存空间

什么是内核空间

Binder 是怎么做到一次仿制的（怎么通讯）？

传统 IO 操作

mmap 原理（Binder 通讯原理）

同享内存是怎么完结零仿制的？

Binder 驱动是怎么发动的？

binder_init()

binder_open()

binder_mmap()

binder_ioctl()

MMKV 中心完结

简历润饰

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艺术喵 2 年前端面试心路历程（字节跳动、YY、虎牙、BIGO）| 掘金技术征文

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