HwBinder原理总结-Android10.0 HwBinder通讯原理(十一)

时间 2020-08-26 标签 hwbinder 原理总结 android10.0 android 通讯十一

摘要：本节主要来进行Android10.0 HwBinder的原理总结linux

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1 概述

HwBinder的通讯原理基本上都已经说完，这一节咱们作一个简单的概要总结。

2 HwBinder通讯模型

下图中涉及到HwBinder模型的4类角色：HwBinder驱动，HwServiceManager，Server和Client。Binder机制的目的是实现IPC(Inter-Process Communication)，即Client和Server之间的通讯。

其中Server，Client，HwServiceManager运行于用户空间，HwBinder驱动运行于内核空间。这四个角色的关系和互联网相似：Server是服务器，Client是客户终端，HwServiceManager是域名服务器（DNS），驱动是路由器。

3 HwBinder的架构

4 HwBinder的通讯原理

HwBinder 通讯采用 C/S 架构，从组件视角来讲，包含 Client、 Server、 HwServiceManager 以及 HwBinder 驱动，其中 HwServiceManager 用于管理系统中的各类服务。

HwBinder 在 framework 层进行了封装，经过 JNI 技术调用 Native（C/C++）层的 HwBinder 架构。

HwBinder 在 Native 层以 ioctl 的方式与 Binder 驱动通信。

HwBinder通讯流程以下：

首先服务端须要向HwServiceManager进行服务注册，HwServiceManager有一个全局的service列表mServiceMap，用来缓存全部服务的对象和name。
客户端与服务端通讯，须要拿到服务端的对象，因为进程隔离，客户端拿到的实际上是服务端的代理，也能够理解为引用。客户端经过HwServiceManager从mServiceMap中查找服务，HwServiceManager返回服务的代理。
拿到服务对象后，咱们须要向服务发送请求，实现咱们须要的功能。经过 BpHwBinder 将咱们的请求参数发送给内核，经过共享内存的方式使用内核方法 copy_from_user() 将咱们的参数先拷贝到内核空间，这时咱们的客户端进入等待状态。而后 Binder 驱动向服务端的 todo 队列里面插入一条事务，执行完以后把执行结果经过 copy_to_user() 将内核的结果拷贝到用户空间（这里只是执行了拷贝命令，并无拷贝数据，binder只进行一次拷贝），唤醒等待的客户端并把结果响应回来，这样就完成了一次通信。

在这里其实会存在一个问题，Client和Server之间通讯是称为进程间通讯，使用了HwBinder机制，那么Server和HwServiceManager之间通讯也叫进程间通讯，Client和Server之间还会用到HwServiceManager，也就是说HwBinder进程间通讯经过HwBinder进程间通讯来完成，这就比如是孵出鸡前提倒是要找只鸡来孵蛋，这是怎么实现的呢？

HwBinder的实现比较巧妙：预先创造一只鸡来孵蛋：HwServiceManager和其它进程一样采用HwBinder通讯，HwServiceManager是Server端，有本身的HwBinder对象（实体），其它进程都是Client，须要经过这个HwBinder的引用来实现HwBinder的注册，查询和获取。

HwServiceManager提供的HwBinder比较特殊，它没有名字也不须要注册，当一个进程使用BINDER_SET_CONTEXT_MGR_EXT命令将本身注册成HwServiceManager时HwBinder驱动会自动为它建立HwBinder实体（这就是那只预先造好的鸡）。

其次这个HwBinder的引用在全部Client中都固定为0(handle=0)而无须经过其它手段得到。也就是说，一个Server若要向HwServiceManager注册本身HwBinder就必需经过0这个引用号和HwServiceManager的Binder通讯。

类比网络通讯，0号引用就比如域名服务器的地址，你必须预先手工或动态配置好。要注意这里说的Client是相对HwServiceManager而言的，一个应用程序多是个提供服务的Server，但对HwServiceManager来讲它仍然是个Client。

5 HwBinder传输过程

Binder-IPC机制，就是指在进程间传输数据（binder_transaction_data），一次数据的传输，称为事务（binder_transaction）。

对于多个不一样进程向同一个进程发送事务时，这个同一个进程或线程的事务须要串行执行，在HwBinder驱动中为binder_proc和binder_thread都有todo队列。

也就是说对于进程间的通讯，就是发送端把binder_transaction节点，插入到目标进程或其子线程的todo队列中，等目标进程或线程不断循环地从todo队列中取出数据并进行相应的操做。

在Binder驱动层，每一个接收端进程都有一个todo队列，用于保存发送端进程发送过来的binder请求，这类请求能够由接收端进程的任意一个空闲的binder线程处理。

接收端进程存在一个或多个binder线程，在每一个binder线程里都有一个todo队列，也是用于保存发送端进程发送过来的binder请求，这类请求只能由当前binder线程来处理。

binder线程在空闲时进入可中断的休眠状态，当本身的todo队列或所属进程的todo队列有新的请求到来时便会唤醒，若是是由所需进程唤醒的，那么进程会让其中一个线程处理响应的请求，其余线程再次进入休眠状态。

6 HwBinder协议码流程

Android9.0及以后的协议码流程：

Android作了deferred_thread_work，延迟 TRANSACTION_COMPLETE，所以不会当即返回到用户空间；这容许目标进程当即开始处理此事务，从而减小延迟。而后，当目标回复（或出现错误）时，咱们将返回TRANSACTION_COMPLETE。

7.HwServiceManager的服务管理

HwServiceManager做为HwBinder的守护进程，主要做用就是收集各个硬件服务，当有进程须要服务时由 HwServiceManager 提供特定的硬件服务。

这些硬件服务，就是咱们常说的HIDL服务，这些服务被注册到HwServiceManger的mServiceMap 这个map列表中，当有Client须要获取服务对象时，就从该map中取出HIDL服务的对象，进行转换供Client使用。

HwServiceManager中hidl服务的管理map：

8 Native层HIDL服务与Client交互流程

在IDemo的HIDL服务和client调用过程当中，IDemo的服务为Server端，Client为客户端。

9 JAVA层HIDL服务与Client交互流程

JAVA层 Client和Server的对象转换以下图所示：

IDemo服务端接收到CLient的请求后，根据下图的流程，最终流转到服务实体的onTransact()中，对解析出来的Parcel数据进行处理。

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