Android的IPC机制Binder的各个部分 1

(hanchao3c Android开发者论坛原创，转载请注明)
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

    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/binde，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)

    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;
};
    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;
};

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
       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/*
   
    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();
};
         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;                                                    \
    }
        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。