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Android程序間通訊(IPC)機制Binder簡要介紹和學習計劃

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在Android系統中,每一個應用程式都是由一些Activity和Service組成的,這些Activity和Service有可能執行在同一個程序中,也有可能執行在不同的程序中。那麼,不在同一個程序的Activity或者Service是如何通訊的呢?這就是本文中要介紹的Binder程序間通訊機制了。

《Android系統原始碼情景分析》一書正在進擊的程式設計師網(http://0xcc0xcd.com)中連載,點選進入!

        我們知道,Android系統是基於Linux核心的,而Linux核心繼承和相容了豐富的Unix系統程序間通訊(IPC)機制。有傳統的管道(Pipe)、訊號(Signal)和跟蹤(Trace),這三項通訊手段只能用於父程序與子程序之間,或者兄弟程序之間;後來又增加了命令管道(Named Pipe),使得程序間通訊不再侷限於父子程序或者兄弟程序之間;為了更好地支援商業應用中的事務處理,在AT&T的Unix系統V中,又增加了三種稱為“System V IPC”的程序間通訊機制,分別是報文佇列(Message)、共享記憶體(Share Memory)和訊號量(Semaphore);後來BSD Unix對“System V IPC”機制進行了重要的擴充,提供了一種稱為插口(Socket)的程序間通訊機制。若想進一步詳細瞭解這些程序間通訊機制,建議參考

Android學習啟動篇一文中提到《Linux核心原始碼情景分析》一書。

        但是,Android系統沒有采用上述提到的各種程序間通訊機制,而是採用Binder機制,難道是因為考慮到了移動裝置硬體效能較差、記憶體較低的特點?不得而知。Binder其實也不是Android提出來的一套新的程序間通訊機制,它是基於OpenBinder來實現的。OpenBinder最先是由Be Inc.開發的,接著Palm Inc.也跟著使用。現在OpenBinder的作者Dianne Hackborn就是在Google工作,負責Android平臺的開發工作。

        前面一再提到,Binder是一種程序間通訊機制,它是一種類似於COM和CORBA分散式元件架構,通俗一點,其實是提供遠端過程呼叫(RPC)功能。從英文字面上意思看,Binder具有粘結劑的意思,那麼它把什麼東西粘結在一起呢?在Android系統的Binder機制中,由一系統元件組成,分別是Client、Server、Service Manager和Binder驅動程式,其中Client、Server和Service Manager執行在使用者空間,Binder驅動程式執行核心空間。Binder就是一種把這四個元件粘合在一起的粘結劑了,其中,核心元件便是Binder驅動程式了,Service Manager提供了輔助管理的功能,Client和Server正是在Binder驅動和Service Manager提供的基礎設施上,進行Client-Server之間的通訊。Service Manager和Binder驅動已經在Android平臺中實現好,開發者只要按照規範實現自己的Client和Server元件就可以了。說起來簡單,做起難,對初學者來說,Android系統的Binder機制是最難理解的了,而Binder機制無論從系統開發還是應用開發的角度來看,都是Android系統中最重要的組成,因此,很有必要深入瞭解Binder的工作方式。要深入瞭解Binder的工作方式,最好的方式莫過於是閱讀Binder相關的原始碼了,Linux的鼻祖Linus Torvalds曾經曰過一句名言RTFSC:Read The Fucking Source Code。

        雖說閱讀Binder的原始碼是學習Binder機制的最好的方式,但是也絕不能打無準備之仗,因為Binder的相關原始碼是比較枯燥無味而且比較難以理解的,如果能夠輔予一些理論知識,那就更好了。閒話少說,網上關於Binder機制的資料還是不少的,這裡就不想再詳細寫一遍了,強烈推薦下面兩篇文章:

        Android深入淺出之Binder機制一文從情景出發,深入地介紹了Binder在使用者空間的三個元件Client、Server和Service Manager的相互關係,Android Binder設計與實現一文則是詳細地介紹了核心空間的Binder驅動程式的資料結構和設計原理。非常感謝這兩位作者給我們帶來這麼好的Binder學習資料。總結一下,Android系統Binder機制中的四個元件Client、Server、Service Manager和Binder驅動程式的關係如下圖所示:

        

        1. Client、Server和Service Manager實現在使用者空間中,Binder驅動程式實現在核心空間中

        2. Binder驅動程式和Service Manager在Android平臺中已經實現,開發者只需要在使用者空間實現自己的Client和Server

        3. Binder驅動程式提供裝置檔案/dev/binder與使用者空間互動,Client、Server和Service Manager通過open和ioctl檔案操作函式與Binder驅動程式進行通訊

        4. Client和Server之間的程序間通訊通過Binder驅動程式間接實現

        5. Service Manager是一個守護程序,用來管理Server,並向Client提供查詢Server介面的能力

        至此,對Binder機制總算是有了一個感性的認識,但仍然感到不能很好地從上到下貫穿整個IPC通訊過程,於是,打算通過下面四個情景來分析Binder原始碼,以進一步理解Binder機制:

        在接下來的四篇文章中,將按照這四個情景來分析Binder原始碼,都將會涉及到使用者空間到核心空間的Binder相關原始碼。這裡為什麼沒有Client和Server是如何進行程序間通訊的情景呢? 這是因為Service Manager在作為守護程序的同時,它也充當Server角色。因此,只要我們能夠理解第三和第四個情景,也就理解了Binder機制中Client和Server是如何通過Binder驅動程式進行程序間通訊的了。

        為了方便描述Android系統程序間通訊Binder機制的原理和實現,在接下來的四篇文章中,我們都是基於C/C++語言來介紹Binder機制的實現的,但是,我們在Android系統開發應用程式時,都是基於Java語言的,因此,我們會在最後一篇文章中,詳細介紹Android系統程序間通訊Binder機制在應用程式框架層的Java介面實現: