1. 前言
本文主要是binder系列文章的总结笔记，主要是理清binder的总体流程和总体架构，期间会对照源码进行代码重读，也会按照自己的理解对内容进行调整，以加深对binder总体的理解。本文主要概述部分。
Android：R
Linux: kernel4.19
2. binder架构
以activity调用ActivityManagerService的startServcie为例：
- Java应用层: 对于上层应用通过调用AMP.startService, 完全可以不用关心底层,经过层层调用,最终必然会调用到AMS.startService.
- Java IPC层: Binder通信是采用C/S架构, Android系统的基础架构便已设计好Binder在Java framework层的Binder客户类BinderProxy和服务类Binder;
- Native IPC层: 对于Native层,如果需要直接使用Binder(比如media相关), 则可以直接使用BpBinder和BBinder(当然这里还有JavaBBinder)即可, 对于上一层Java IPC的通信也是基于这个层面.
- Kernel物理层: 这里是Binder Driver, 前面3层都跑在用户空间,对于用户空间的内存资源是不共享的,每个Android的进程只能运行在自己进程所拥有的虚拟地址空间, 而内核空间却是可共享的. 真正通信的核心环节还是在Binder Driver.
2. Binder原理
Binder通信采用C/S架构，从组件视角来说，包含Client、Server、ServiceManager以及binder驱动，其中ServiceManager用于管理系统中的各种服务。架构图如下所示：
可以看出无论是注册服务和获取服务的过程都需要ServiceManager，需要注意的是此处的Service Manager是指Native层的ServiceManager（C++），并非指framework层的ServiceManager(Java)。ServiceManager是整个Binder通信机制的大管家，是Android进程间通信机制Binder的守护进程，要掌握Binder机制，首先需要了解系统是如何首次启动Service Manager。当Service Manager启动之后，Client端和Server端通信时都需要先获取Service Manager接口，才能开始通信服务。
图中Client/Server/ServiceManage之间的相互通信都是基于Binder机制。既然基于Binder机制通信，那么同样也是C/S架构，则图中的3大步骤都有相应的Client端与Server端。
1.注册服务(addService)：Server进程要先注册Service到ServiceManager。该过程：Server是客户端，ServiceManager是服务端。
2.获取服务(getService)：Client进程使用某个Service前，须先向ServiceManager中获取相应的Service。该过程：Client是客户端，ServiceManager是服务端。
3.使用服务：Client根据得到的Service信息建立与Service所在的Server进程通信的通路，然后就可以直接与Service交互。该过程：client是客户端，server是服务端。
图中的Client,Server,Service Manager之间交互都是虚线表示，是由于它们彼此之间不是直接交互的，而是都通过与Binder驱动进行交互的，从而实现IPC通信方式。其中Binder驱动位于内核空间，Client,Server,Service Manager位于用户空间。Binder驱动和Service Manager可以看做是Android平台的基础架构，而Client和Server是Android的应用层，开发人员只需自定义实现client、Server端，借助Android的基本平台架构便可以直接进行IPC通信。
3. binder通信模型
以BC_TRANSACTION为例，图示如下：
Binder协议包含在IPC数据中，分为两类:
1.BINDER_COMMAND_PROTOCOL：binder请求码，以”BC_“开头，简称BC码，用于从IPC层传递到Binder Driver层；
2.BINDER_RETURN_PROTOCOL ：binder响应码，以”BR_“开头，简称BR码，用于从Binder Driver层传递到IPC层；
Binder IPC通信至少是两个进程的交互：
1.client进程执行binder_thread_write，根据BC_XXX命令，生成相应的binder_work；
2.server进程执行binder_thread_read，根据binder_work.type类型，生成BR_XXX，发送到用户空间处理。
3.1 用户->driver
binder请求码，是用enum binder_driver_command_protocol来定义的，是用于应用程序向binder驱动设备发送请求消息，应用程序包含Client端和Server端，以BC_开头，总17条；(-代表目前不支持的请求码)
| 请求码 | 参数类型 | 作用 |
|---|---|---|
| BC_TRANSACTION | binder_transaction_data | Client向Binder驱动发送请求数据 |
| BC_REPLY | binder_transaction_data | Server向Binder驱动发送请求数据 |
| BC_FREE_BUFFER | binder_uintptr_t(指针) | 释放内存 |
| BC_INCREFS | __u32(descriptor) | binder_ref弱引用加1操作 |
| BC_DECREFS | __u32(descriptor) | binder_ref弱引用减1操作 |
| BC_ACQUIRE | __u32(descriptor) | binder_ref强引用加1操作 |
| BC_RELEASE | __u32(descriptor) | binder_ref强引用减1操作 |
| BC_ACQUIRE_DONE | binder_ptr_cookie | binder_node强引用减1操作 |
| BC_INCREFS_DONE | binder_ptr_cookie | binder_node弱引用减1操作 |
| BC_REGISTER_LOOPER | 无参数 | 创建新的looper线程 |
| BC_ENTER_LOOPER | 无参数 | 应用线程进入looper |
| BC_EXIT_LOOPER | 无参数 | 应用线程退出looper |
| BC_REQUEST_DEATH_NOTIFICATION | binder_handle_cookie | 注册死亡通知 |
| BC_CLEAR_DEATH_NOTIFICATION | binder_handle_cookie | 取消注册的死亡通知 |
| BC_DEAD_BINDER_DONE | binder_uintptr_t(指针) | 已完成binder的死亡通知 |
| BC_ACQUIRE_RESULT | - | - |
| BC_ATTEMPT_ACQUIRE | - | - |
3.2 driver->用户
binder响应码，是用enum binder_driver_return_protocol来定义的，是binder设备向应用程序回复的消息，应用程序包含Client端和Server端，以BR_开头
| 响应码 | 参数类型 | 作用 |
|---|---|---|
| BR_ERROR | __s32 | 操作发生错误 |
| BR_OK | 无参数 | 操作完成 |
| BR_NOOP | 无参数 | 不做任何事 |
| BR_SPAWN_LOOPER | 无参数 | 创建新的Looper线程 |
| BR_TRANSACTION | binder_transaction_data | Binder驱动向Server端发送请求数据 |
| BR_REPLY | binder_transaction_data | Binder驱动向Client端发送回复数据 |
| BR_TRANSACTION_COMPLETE | 无参数 | 对请求发送的成功反馈 |
| BR_DEAD_REPLY | 无参数 | 回复失败，往往是线程或节点为空 |
| BR_FAILED_REPLY | 无参数 | 回复失败，往往是transaction出错导致 |
| BR_INCREFS | binder_ptr_cookie | binder_ref弱引用加1操作（Server端） |
| BR_DECREFS | binder_ptr_cookie | binder_ref弱引用减1操作（Server端） |
| BR_ACQUIRE | binder_ptr_cookie | binder_ref强引用加1操作（Server端） |
| BR_RELEASE | binder_ptr_cookie | binder_ref强引用减1操作（Server端） |
| BR_DEAD_BINDER | binder_uintptr_t(指针) | Binder驱动向client端发送死亡通知 |
| BR_CLEAR_DEATH_NOTIFICATION_DONE | binder_uintptr_t(指针) | BC_CLEAR_DEATH_NOTIFICATION命令对应的响应码 |
| BR_ACQUIRE_RESULT | - | - |
| BR_ATTEMPT_ACQUIRE | - | - |
| BR_FINISHED | - | - |
参考文档
Binder系列2—Binder Driver再探
彻底理解Android Binder通信架构