第一部分 Binder的组成 1.1 驱动程序部分驱动程序的部分在以下的文件夹中:
kernel/include/linux/binder.h
kernel/drivers/android/binder.c
kernel/include/linux/binder.h
kernel/drivers/android/binder.c
kernel/include/linux/binder.h kernel/drivers/android/binder.c
binder驱动程序是一个miscdevice,主设备号为10,此设备号使用动态获得(MISC_DYNAMIC_MINOR),其设备的节点为: /dev/binder binder驱动程序会在proc文件系统中建立自己的信息,其文件夹为/proc/binder,其中包含如下内容: proc目录:调用Binder各个进程的内容 state文件:使用函数binder_read_proc_state stats文件:使用函数binder_read_proc_stats transactions文件:使用函数binder_read_proc_transactions transaction_log文件:使用函数binder_read_proc_transaction_log,其参数为binder_transaction_log (类型为struct binder_transaction_log) failed_transaction_log文件:使用函数binder_read_proc_transaction_log 其参数为 binder_transaction_log_failed (类型为struct binder_transaction_log) 在binder文件被打开后,其私有数据(private_data)的类型: struct binder_proc 在这个数据结构中,主要包含了当前进程、进程ID、内存映射信息、Binder的统计信息和线程信息等。 在用户空间对Binder驱动程序进行控制主要使用的接口是mmap、poll和ioctl,ioctl主要使用的ID为:
#define BINDER_WRITE_READ _IOWR( 'b' , 1 , struct binder_write_read)
#define BINDER_SET_IDLE_TIMEOUT _IOW( 'b' , 3 , int64_t)
#define BINDER_SET_MAX_THREADS _IOW( 'b' , 5 , size_t)
#define BINDER_SET_IDLE_PRIORITY _IOW( 'b' , 6 , int )
#define BINDER_SET_CONTEXT_MGR _IOW( 'b' , 7 , int )
#define BINDER_THREAD_EXIT _IOW( 'b' , 8 , int )
#define BINDER_VERSION _IOWR( 'b' , 9 , struct binder_version)
#define BINDER_WRITE_READ _IOWR( 'b' , 1 , struct binder_write_read)
#define BINDER_SET_IDLE_TIMEOUT _IOW( 'b' , 3 , int64_t)
#define BINDER_SET_MAX_THREADS _IOW( 'b' , 5 , size_t)
#define BINDER_SET_IDLE_PRIORITY _IOW( 'b' , 6 , int )
#define BINDER_SET_CONTEXT_MGR _IOW( 'b' , 7 , int )
#define BINDER_THREAD_EXIT _IOW( 'b' , 8 , int )
#define BINDER_VERSION _IOWR( 'b' , 9 , struct binder_version)
#define BINDER_WRITE_READ _IOWR('b', 1, struct binder_write_read) #define BINDER_SET_IDLE_TIMEOUT _IOW('b', 3, int64_t) #define BINDER_SET_MAX_THREADS _IOW('b', 5, size_t) #define BINDER_SET_IDLE_PRIORITY _IOW('b', 6, int) #define BINDER_SET_CONTEXT_MGR _IOW('b', 7, int) #define BINDER_THREAD_EXIT _IOW('b', 8, int) #define BINDER_VERSION _IOWR('b', 9, struct binder_version)
BR_XXX等宏为BinderDriverReturnProtocol,表示Binder驱动返回协议。 BC_XXX等宏为BinderDriverCommandProtocol,表示Binder驱动命令协议。 binder_thread是Binder驱动程序中使用的另外一个重要的数据结构,数据结构的定义如下所示:
struct binder_thread {
struct binder_proc *proc;
struct rb_node rb_node;
int pid;
int looper;
struct binder_transaction *transaction_stack;
struct list_head todo;
uint32_t return_error;
uint32_t return_error2;
wait_queue_head_t wait;
struct binder_stats stats;
};
struct binder_thread {
struct binder_proc *proc;
struct rb_node rb_node;
int pid;
int looper;
struct binder_transaction *transaction_stack;
struct list_head todo;
uint32_t return_error;
uint32_t return_error2;
wait_queue_head_t wait;
struct binder_stats stats;
};
struct binder_thread { struct binder_proc *proc; struct rb_node rb_node; int pid; int looper; struct binder_transaction *transaction_stack; struct list_head todo; uint32_t return_error; uint32_t return_error2; wait_queue_head_t wait; struct binder_stats stats; };
binder_thread 的各个成员信息是从rb_node中得出。 BINDER_WRITE_READ是最重要的ioctl,它使用一个数据结构binder_write_read定义读写的数据。
struct binder_write_read {
signed long write_size;
signed long write_consumed;
unsigned long write_buffer;
signed long read_size;
signed long read_consumed;
unsigned long read_buffer;
};
struct binder_write_read {
signed long write_size;
signed long write_consumed;
unsigned long write_buffer;
signed long read_size;
signed long read_consumed;
unsigned long read_buffer;
};
struct binder_write_read { signed long write_size; signed long write_consumed; unsigned long write_buffer; signed long read_size; signed long read_consumed; unsigned long read_buffer; };
1.2 servicemanager部分 servicemanager是一个守护进程,用于这个进程的和/dev/binder通讯,从而达到管理系统中各个服务的作用。 可执行程序的路径: /system/bin/servicemanager 开源版本文件的路径:
frameworks/base/cmds/servicemanager/binder.h
frameworks/base/cmds/servicemanager/binder.c
frameworks/base/cmds/servicemanager/service_manager.c
frameworks/base/cmds/servicemanager/binder.h
frameworks/base/cmds/servicemanager/binder.c
frameworks/base/cmds/servicemanager/service_manager.c
frameworks/base/cmds/servicemanager/binder.h frameworks/base/cmds/servicemanager/binder.c frameworks/base/cmds/servicemanager/service_manager.c
程序执行的流程: open():打开binder驱动 mmap():映射一个128*1024字节的内存 ioctl(BINDER_SET_CONTEXT_MGR):设置上下文为mgr 进入主循环binder_loop() ioctl(BINDER_WRITE_READ),读取 binder_parse()进入binder处理过程循环处理 binder_parse()的处理,调用返回值: 当处理BR_TRANSACTION的时候,调用svcmgr_handler()处理增加服务、检查服务等工作。各种服务存放在一个链表(svclist)中。其中调用binder_等开头的函数,又会调用ioctl的各种命令。 处理BR_REPLY的时候,填充binder_io类型的数据结 1.3 binder的库的部分 binder相关的文件作为Android的uitls库的一部分,这个库编译后的名称为libutils.so,是Android系统中的一个公共库。 主要文件的路径如下所示:
frameworks/base/include/utils/*
frameworks/base/libs/utils/*
frameworks/base/include/utils/*
frameworks/base/libs/utils/*
frameworks/base/include/utils/* frameworks/base/libs/utils/*
主要的类为: RefBase.h : 引用计数,定义类RefBase。 Parcel.h : 为在IPC中传输的数据定义容器,定义类Parcel IBinder.h: Binder对象的抽象接口, 定义类IBinder Binder.h: Binder对象的基本功能, 定义类Binder和BpRefBase BpBinder.h: BpBinder的功能,定义类BpBinder IInterface.h: 为抽象经过Binder的接口定义通用类, 定义类IInterface,类模板BnInterface,类模板BpInterface ProcessState.h 表示进程状态的类,定义类ProcessState IPCThreadState.h 表示IPC线程的状态,定义类IPCThreadState 各个类之间的关系如下所示: 在IInterface.h中定义的BnInterface和BpInterface是两个重要的模版,这是为各种程序中使用的。 BnInterface模版的定义如下所示:
template
class BnInterface : public INTERFACE, public BBinder
{
public :
virtual sp queryLocalInterface( const String16& _descriptor);
virtual String16 getInterfaceDescriptor() const ;
protected :
virtual IBinder* onAsBinder();
};
BnInterface模版的定义如下所示:
template
class BpInterface : public INTERFACE, public BpRefBase
{
public :
BpInterface( const sp& remote);
protected :
virtual IBinder* onAsBinder();
};
template
class BnInterface : public INTERFACE, public BBinder
{
public :
virtual sp queryLocalInterface( const String16& _descriptor);
virtual String16 getInterfaceDescriptor() const ;
protected :
virtual IBinder* onAsBinder();
};
BnInterface模版的定义如下所示:
template
class BpInterface : public INTERFACE, public BpRefBase
{
public :
BpInterface( const sp& remote);
protected :
virtual IBinder* onAsBinder();
};
template class BnInterface : public INTERFACE, public BBinder { public: virtual sp queryLocalInterface(const String16& _descriptor); virtual String16 getInterfaceDescriptor() const; protected: virtual IBinder* onAsBinder(); }; BnInterface模版的定义如下所示: template class BpInterface : public INTERFACE, public BpRefBase { public: BpInterface(const sp& remote); protected: virtual IBinder* onAsBinder(); };
这两个模版在使用的时候,起到得作用实际上都是双继承:使用者定义一个接口INTERFACE,然后使用BnInterface和BpInterface两个模版结合自己的接口,构建自己的BnXXX和BpXXX两个类。 DECLARE_META_INTERFACE和IMPLEMENT_META_INTERFACE两个宏用于帮助BpXXX类的实现:
#define DECLARE_META_INTERFACE(INTERFACE) /
static const String16 descriptor; /
static sp asInterface( const sp& obj); /
virtual String16 getInterfaceDescriptor() const ; /
#define IMPLEMENT_META_INTERFACE(INTERFACE, NAME) /
const String16 I##INTERFACE::descriptor(NAME); /
String16 I##INTERFACE::getInterfaceDescriptor() const { /
return I##INTERFACE::descriptor; /
} /
sp I##INTERFACE::asInterface( const sp& obj) /
{ /
sp intr; /
if (obj != NULL) { /
intr = static_cast( /
obj->queryLocalInterface( /
I##INTERFACE::descriptor).get()); /
if (intr == NULL) { /
intr = new Bp##INTERFACE(obj); /
} /
} /
return intr; /
}
#define DECLARE_META_INTERFACE(INTERFACE) /
static const String16 descriptor; /
static sp asInterface( const sp& obj); /
virtual String16 getInterfaceDescriptor() const ; /
#define IMPLEMENT_META_INTERFACE(INTERFACE, NAME) /
const String16 I##INTERFACE::descriptor(NAME); /
String16 I##INTERFACE::getInterfaceDescriptor() const { /
return I##INTERFACE::descriptor; /
} /
sp I##INTERFACE::asInterface( const sp& obj) /
{ /
sp intr; /
if (obj != NULL) { /
intr = static_cast( /
obj->queryLocalInterface( /
I##INTERFACE::descriptor).get()); /
if (intr == NULL) { /
intr = new Bp##INTERFACE(obj); /
} /
} /
return intr; /
}
#define DECLARE_META_INTERFACE(INTERFACE) / static const String16 descriptor; / static sp asInterface(const sp& obj); / virtual String16 getInterfaceDescriptor() const; / #define IMPLEMENT_META_INTERFACE(INTERFACE, NAME) / const String16 I##INTERFACE::descriptor(NAME); / String16 I##INTERFACE::getInterfaceDescriptor() const { / return I##INTERFACE::descriptor; / } / sp I##INTERFACE::asInterface(const sp& obj) / { / sp intr; / if (obj != NULL) { / intr = static_cast( / obj->queryLocalInterface( / I##INTERFACE::descriptor).get()); / if (intr == NULL) { / intr = new Bp##INTERFACE(obj); / } / } / return intr; / }
在定义自己的类的时候,只需要使用DECLARE_META_INTERFACE和IMPLEMENT_META_INTERFACE两个接口,并 结合类的名称,就可以实现BpInterface中的asInterface()和getInterfaceDescriptor()两个函数。 第二部分 Binder的运作 2.1 Binder的工作机制 Service Manager是一个守护进程,它负责启动各个进程之间的服务,对于相关的两个需要通讯的进程,它们通过调用libutil.so库实现通讯,而真正通讯的机制,是内核空间中的一块共享内存。 2.2 从应 用程序的角度看Binder 从应用程序的角度看Binder一共有三个方面: Native 本地:例如BnABC,这是一个需要被继承和实现的类。 Proxy 代理:例如BpABC,这是一个在接口框架中被实现,但是在接口中没有体现的类。 客户端:例如客户端得到一个接口ABC,在调用的时候实际上被调用的是BpABC 本地功能(Bn)部分做的: 实现BnABC:: BnTransact() 注册服务:IServiceManager::AddService 代理部分(Bp)做的: 实现几个功能函数,调用BpABC::remote()->transact() 客户端做的: 获得ABC接口,然后调用接口(实际上调用了BpABC,继而通过IPC调用了BnABC,然后调用了具体的功能) 在程序的实现过程中BnABC和BpABC是双继承了接口ABC。一般来说BpABC是一个实现类,这个实现类不需要在接口中体现,它实际上负责的只是通讯功能,不执行具体的功能;BnABC则是一个接口类,需要一个真正工作的类来继承、实现它,这个类才是真正执行具体功能的类。 在客户端中,从ISeriviceManager中获得一个ABC的接口,客户端调用这个接口,实际上是在调用BpABC,而BpABC又通过Binder的IPC机制和BnABC通讯,BnABC的实现类在后面执行。 事实上, 服务器 的具体实现和客户端是两个不同的进程,如果不考虑进程间通讯的过程,从调用者的角度,似乎客户端在直接调用另外一个进程间的函数——当然这个函数必须是接口ABC中定义的。 2.3 ISericeManager的作用 ISericeManager涉及的两个文件是ISericeManager.h和ISericeManager.cpp。这两个文件基本上是 ISericeManager。ISericeManager是系统最先被启动的服务。非常值得注意的是:ISericeManager本地功能并没有使 现,它实际上由ServiceManager守护进程执行,而用户程序通过调用BpServiceManager来获得其他的服务。 在ISericeManager.h中定义了一个接口,用于得到默认的ISericeManager: sp defaultServiceManager(); 这时得到的ISericeManager实际上是一个全局的ISericeManager。 第三部分 程序中Binder的具体实现 3.1 一个利用接口的具体实现 PermissionController也是libutils中定义的一个有关权限控制的接口,它一共包含两个文件:IPermissionController.h和IPermissionController.cpp这个结构在所有类的实现中都是类似的。 头文件IPermissionController.h的主要内容是定义IPermissionController接口和类BnPermissionController:
class IPermissionController : public IInterface
{
public :
DECLARE_META_INTERFACE(PermissionController);
virtual bool checkPermission( const String16& permission,int32_t pid, int32_t uid) = 0 ;
enum {
CHECK_PERMISSION_TRANSACTION = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION
};
};
class BnPermissionController : public BnInterface
{
public :
virtual status_t onTransact( uint32_t code,
const Parcel& data,
Parcel* reply,
uint32_t flags = 0 );
};
class IPermissionController : public IInterface
{
public :
DECLARE_META_INTERFACE(PermissionController);
virtual bool checkPermission( const String16& permission,int32_t pid, int32_t uid) = 0 ;
enum {
CHECK_PERMISSION_TRANSACTION = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION
};
};
class BnPermissionController : public BnInterface
{
public :
virtual status_t onTransact( uint32_t code,
const Parcel& data,
Parcel* reply,
uint32_t flags = 0 );
};
class IPermissionController : public IInterface { public: DECLARE_META_INTERFACE(PermissionController); virtual bool checkPermission(const String16& permission,int32_t pid, int32_t uid) = 0; enum { CHECK_PERMISSION_TRANSACTION = IBinder::FIRST_CALL_TRANSACTION }; }; class BnPermissionController : public BnInterface { public: virtual status_t onTransact( uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags = 0); };
IPermissionController是一个接口类,只有checkPermission()一个纯虚函数。 BnPermissionController继承了以BnPermissionController实例化模版类BnInterface。因 此,BnPermissionController,事实上BnPermissionController双继承了BBinder和 IPermissionController。 实现文件IPermissionController.cpp中,首先实现了一个BpPermissionController。
class BpPermissionController : public BpInterface
{
public :
BpPermissionController( const sp& impl)
: BpInterface(impl)
{
}
virtual bool checkPermission( const String16& permission, int32_t pid, int32_t uid)
{
Parcel data, reply;
data.writeInterfaceToken(IPermissionController::
getInterfaceDescriptor());
data.writeString16(permission);
data.writeInt32(pid);
data.writeInt32(uid);
remote()->transact(CHECK_PERMISSION_TRANSACTION, data, &reply);
if (reply.readInt32() != 0 ) return 0 ;
return reply.readInt32() != 0 ;
}
};
class BpPermissionController : public BpInterface
{
public :
BpPermissionController( const sp& impl)
: BpInterface(impl)
{
}
virtual bool checkPermission( const String16& permission, int32_t pid, int32_t uid)
{
Parcel data, reply;
data.writeInterfaceToken(IPermissionController::
getInterfaceDescriptor());
data.writeString16(permission);
data.writeInt32(pid);
data.writeInt32(uid);
remote()->transact(CHECK_PERMISSION_TRANSACTION, data, &reply);
if (reply.readInt32() != 0 ) return 0 ;
return reply.readInt32() != 0 ;
}
};
class BpPermissionController : public BpInterface { public: BpPermissionController(const sp& impl) : BpInterface(impl) { } virtual bool checkPermission(const String16& permission, int32_t pid, int32_t uid) { Parcel data, reply; data.writeInterfaceToken(IPermissionController:: getInterfaceDescriptor()); data.writeString16(permission); data.writeInt32(pid); data.writeInt32(uid); remote()->transact(CHECK_PERMISSION_TRANSACTION, data, &reply); if (reply.readInt32() != 0) return 0; return reply.readInt32() != 0; } };
IMPLEMENT_META_INTERFACE(PermissionController, "android.os.IPermissionController"); BpPermissionController继承了BpInterface,它本身是一个 已经实现的类,而且并没有在接口中体现。这个类按照格式写就可以,在实现checkPermission()函数的过程中,使用Parcel作为传输数据 的容器,传输中时候transact()函数,其参数需要包含枚举值CHECK_PERMISSION_TRANSACTION。 IMPLEMENT_META_INTERFACE用于扶助生成。 BnPermissionController中实现的onTransact()函数如下所示:
status_t BnPermissionController:: BnTransact(
uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)
{
switch (code) {
case CHECK_PERMISSION_TRANSACTION: {
CHECK_INTERFACE(IPermissionController, data, reply);
String16 permission = data.readString16();
int32_t pid = data.readInt32();
int32_t uid = data.readInt32();
bool res = checkPermission(permission, pid, uid);
reply->writeInt32( 0 );
reply->writeInt32(res ? 1 : 0 );
return NO_ERROR;
} break ;
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