进程的Binder线程池工作过程

基于Android 6.0源码剖析，分析Binder线程池以及binder线程启动过程。

一. 概述

Android系统启动完成后，ActivityManager, PackageManager等各大服务都运行在system_server进程，app应用需要使用系统服务都是通过binder来完成进程之间的通信，那对于binder线程是如何管理的呢，又是如何创建的呢？其实无论是system_server进程，还是app进程，都是在进程fork完成后，便会在新进程中执行onZygoteInit()的过程中，启动binder线程池。接下来，就以此为起点展开从线程的视角来看看binder的世界。

二. Binder线程创建

Binder线程创建与其所在进程的创建中产生，Java层进程的创建都是通过Process.start()方法，向Zygote进程发出创建进程的socket消息，Zygote收到消息后会调用Zygote.forkAndSpecialize()来fork出新进程，在新进程中会调用到RuntimeInit.nativeZygoteInit方法，该方法经过jni映射，最终会调用到app_main.cpp中的onZygoteInit，那么接下来从这个方法说起。

2.1 onZygoteInit

[-> app_main.cpp]

ProcessState::self()是单例模式，主要工作是调用open()打开/dev/binder驱动设备，再利用mmap()映射内核的地址空间，将Binder驱动的fd赋值ProcessState对象中的变量mDriverFD，用于交互操作。startThreadPool()是创建一个新的binder线程，不断进行talkWithDriver()。

2.2 PS.startThreadPool

[-> ProcessState.cpp]

启动Binder线程池后, 则设置mThreadPoolStarted=true. 通过变量mThreadPoolStarted来保证每个应用进程只允许启动一个binder线程池, 且本次创建的是binder主线程(isMain=true). 其余binder线程池中的线程都是由Binder驱动来控制创建的。

2.3 PS.spawnPooledThread

[-> ProcessState.cpp]

2.3.1 makeBinderThreadName

[-> ProcessState.cpp]

获取Binder线程名，格式为Binder_x, 其中x为整数。每个进程中的binder编码是从1开始，依次递增; 只有通过spawnPooledThread方法来创建的线程才符合这个格式，对于直接将当前线程通过joinThreadPool加入线程池的线程名则不符合这个命名规则。 另外,目前Android N中Binder命令已改为Binder:_x格式, 则对于分析问题很有帮忙.

2.3.2 PoolThread.run

[-> ProcessState.cpp]

从函数名看起来是创建线程池，其实就只是创建一个线程，该PoolThread继承Thread类。t->run()方法最终调用 PoolThread的threadLoop()方法。

2.4 IPC.joinThreadPool

[-> IPCThreadState.cpp]

• 对于isMain=true的情况下， command为BC_ENTER_LOOPER，代表的是Binder主线程，不会退出的线程；
• 对于isMain=false的情况下，command为BC_REGISTER_LOOPER，表示是由binder驱动创建的线程。

2.5 processPendingDerefs

[-> IPCThreadState.cpp]

2.6 getAndExecuteCommand

[-> IPCThreadState.cpp]

2.7 talkWithDriver

在这里调用的isMain=true，也就是向mOut例如写入的便是BC_ENTER_LOOPER. 经过talkWithDriver(), 接下来程序往哪进行呢？从binder_thread_write()往下说BC_ENTER_LOOPER的处理过程。
2.7.1 binder_thread_write

[-> binder.c]

当发生以下3种情况之一，便会进入done：

• 当前线程的return_error发生错误的情况;
• 当Binder驱动向客户端发送死亡通知的情况;
• 当类型为BINDER_WORK_TRANSACTION（即收到命令是BC_TRANSACTION或BC_REPLY）的情况;

任何一个Binder线程当同时满足以下条件，则会生成用于创建新线程的BR_SPAWN_LOOPER命令：

1. 当前进程中没有请求创建binder线程，即requested_threads = 0;
2. 当前进程没有空闲可用的binder线程，即ready_threads = 0;（线程进入休眠状态的个数就是空闲线程数）
3. 当前进程已启动线程个数小于最大上限（默认15）;
4. 当前线程已接收到BC_ENTER_LOOPER或者BC_REGISTER_LOOPER命令，即当前处于BINDER_LOOPER_STATE_REGISTERED或者BINDER_LOOPER_STATE_ENTERED状态。【小节2.6】已设置状态为BINDER_LOOPER_STATE_ENTERED，显然这条件是满足的。

从system_server的binder线程一直的执行流：IPC.joinThreadPool - > IPC.getAndExecuteCommand（） - > IPC.talkWithDriver（），但talkWithDriver收到事务之后，便进入IPC.executeCommand（），接下来，从executeCommand说起。

2.8 IPC.executeCommand

Binder主线程的创建是在其所在的进程创建的过程一起创建的，后面再创建的普通binder线程是由spawnPooledThread（false）方法所创建的。

2.9思考

默认地，每个进程的binder线程池的线程个数上限为15，该上限不统计通过BC_ENTER_LOOPER命令创建的binder主线程，只计算BC_REGISTER_LOOPER命令创建的线程对此，或者很多人不理解，例栗子：某个进程的主线程执行如下方法，那么该进程可创建的binder线程个数上限是多少呢？

首先线程池的binder线程个数上限为6个，通过startThreadPool（）创建的主线程不在最大线程上限，最后一句是将当前线程成为binder线程，所以说可创建的binder线程个数上限为8 ，如果还不理解，建议再多看看这几个方案的源码，多思考整个binder架构。

三。总结

Binder设计架构中，只有第一个Binder主线程（也就是Binder_1线程）是由应用程序主动创建，Binder线程池的普通线程都是由Binder驱动根据IPC通信需求创建，Binder线程的创建流程图：

每次由Zygote fork出新进程的过程中，伴随着创建binder线程池，调用spawnPooledThread来创建binder主线程。当线程执行binder_thread_read的过程中，发现当前没有空闲线程，没有请求创建线程，且没有达到上限，则创建新的binder线程。

Binder的交易有3种类型：

1. 调用：发起进程的线程不一定是在Binder线程，大多数情况下，接收者只指向进程，并不确定会有哪个线程来处理，所以不指定线程;
2. 答复：发起者一定是binder线程，并且接收者线程便是上次call时的发起线程（该线程不一定是binder线程，可以是任意线程）。
3. async：与调用类型差不多，唯一不同的是async是oneway方式不需要回复，发起进程的线程不一定是在Binder线程，接收者只指向进程，并且不确定会有哪个线程来处理，所以不指定线程。

Binder系统中可分为3类binder线程：

• Binder主线程：进程创建过程会调用startThreadPool（）过程中再进入spawnPooledThread（true），来创建Binder主线程。编号从1开始，也就是意味着binder主线程名为binder_1，并且主线程是不会退出的。
• Binder普通线程：是由Binder Driver来根据是否有空闲的binder线程来决定是否创建binder线程，回调spawnPooledThread（false），isMain = false，该线程名格式为binder_x。
• Binder其他线程其他线程是指并没有调用spawnPooledThread方法，而是直接调用IPC.joinThreadPool（），将当前线程直接加入binder线程队列。例如：mediaserver和servicemanager的主线程都是binder线程，但system_server的主线程并非binder线程。

文章来自：MIUI资深工程师-袁辉辉
个人博客：gityuan.com

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