Android面试官：说说你对 Binder 驱动的了解？

2021-12-14 03:32:35

面试官提了一个问题：说说你对 binder 驱动的了解。这个问题虽有些 "面试造火箭" 的无奈，可难点就是亮点、价值所在，是筛选面试者的有效手段。如果让你回答，你能说出多少呢？我们来看看 ??、?? 和 ??? 三位同学的回答如何吧

?? 自认为无所不知，水平已达应用开发天花板，目前月薪 10k

面试官?：说说你对 binder 驱动的了解

??：binder 驱动是很底层的东西，在系统内核中，是 binder 机制的基石。

面试官：没了吗？把你了解的都说一下

??：直接让我说了解不好回答啊，还是问我问题吧

面试官：好，你刚才提到了系统内核，那介绍一下用户空间和内核空间吧

??：不知道，这东西了解了也没什么用啊！我对业务开发 API 比较了解，比如 RecycleView 布局，我写的贼溜～

面试官：好的，回去等通知吧

?? 业余时间经常打游戏、追剧、熬夜，目前月薪 15k

面试官：说说你对 binder 驱动的了解

??：binder 机制分为四部分，binder 驱动、Service Manager、客户端、服务端。类比网络通信，Service Manager 是 DNS，binder 驱动就是路由器，它运行在内核空间，不同进程间通过 binder 驱动才能通信。

面试官：为什么 binder 驱动要运行在内核空间？可以移到用户空间吗？

??：不行，两个进程的进程空间有不同的虚拟地址映射规则，内存是不共享的，无法直接通信。Linux 把进程空间划分为用户空间和内核空间，分别运行用户程序和系统内核。

用户空间和内核空间虽也是隔离的，但可以通过 copy_from_user 将数据从用户空间拷贝到内核空间，通过 copy_to_user 将数据从内核空间拷贝到用户空间。

所以 binder 驱动要处于内核空间，才能实现两个进程间的通信。一般的 IPC 方式需要分别调用这两个函数，数据就拷贝了两次，而 binder 将内核空间与目标用户空间进行了 mmap，只需调 copy_from_user 拷贝一次即可。

面试官：从用户空间如何调用内核空间的 binder 驱动呢？

??：这个不了解了，我没看过 binder 源码，只是知道大概的通信方式

面试官：那你对 binder 驱动还有哪些了解，都说说吧

??：嗯... 没有了

面试官：好的，回去等通知吧

??? 坚持每天学习、不断的提升自己，目前月薪 30k

面试官：说说你对 binder 驱动的了解

???：简单画张图吧：

对 Binder 机制来说，它是 IPC 通信的路由器，负责实现不同进程间的数据交互，是 Binder 机制的核心；对 Linux 系统来说，它是一个字符驱动设备，运行在内核空间，向上层提供 /dev/binder 设备节点及 open、mmap、ioctl 等系统调用。

面试官：你提到了驱动设备，那先说说 Linux 的驱动设备吧

???：Linux 把所有的硬件访问都抽象为对文件的读写、设置，这一"抽象"的具体实现就是驱动程序。驱动程序充当硬件和软件之间的枢纽，提供了一套标准化的调用，并将这些调用映射为实际硬件设备相关的操作，对应用程序来说隐藏了设备工作的细节。

Linux 驱动设备分为三类，分别是字符设备、块设备和网络设备。字符设备就是能够像字节流文件一样被访问的设备。对字符设备进行读/写操作时，实际硬件的 I/O 操作一般也紧接着发生。字符设备驱动程序通常都会实现 open、close、read 和 write 系统调用，比如显示屏、键盘、串口、LCD、LED 等。

块设备指通过传输数据块（一般为 512 或 1k）来访问的设备，比如硬盘、SD卡、U盘、光盘等。网络设备是能够和其他主机交换数据的设备，比如网卡、蓝牙等设备。

字符设备中有一个比较特殊的 misc 杂项设备，设备号为 10，可以自动生成设备节点。Android 的 Ashmem、Binder 都属于 misc 杂项设备。

面试官：看过 binder 驱动的 open、mmap、ioctl 方法的具体实现吗？

???：它们分别对应于驱动源码 binder.c 中的 binder_open()、binder_mmap()、binder_ioctl() 方法，binder_open() 中主要是创建及初始化 binder_proc ，binder_proc 是用来存放 binder 相关数据的结构体，每个进程独有一份。

binder_mmap() 的主要工作是建立应用进程虚拟内存在内核中的一块映射，这样应用程序和内核就拥有了共享的内存空间，为后面的一次拷贝做准备。

binder 驱动并不提供常规的 read()、write() 等文件操作，全部通过 binder_ioctl() 实现，所以 binder_ioctl() 是 binder 驱动中工作量最大的一个，它承担了 binder 驱动的大部分业务。

面试官：仅 binder_ioctl() 一个方法是怎么实现大部分业务的？

???：binder 机制将业务细分为不同的命令，调用 binder_ioctl() 时传入具体的命令来区分业务，比如有读写数据的 BINDER_WRITE_READ 命令、 Service Manager 专用的注册为 DNS 的命令等等。

BINDER_WRITE_READ 命令最为关键，其细分了一些子命令，比如 BC_TRANSACTION、BC_REPLY 等。BC_TRANSACTION 就是上层最常用的 IPC 调用命令了，AIDL 接口的 transact 方法就是这个命令。

面试官：binder 驱动中要实现这些业务功能，必然要用一些数据结构来存放相关数据，比如你上面说 binder_open() 方法时提到的 binder_proc，你还知道其他的结构体吗？

???：知道一些，比如：

结构体	说明
binder_proc	描述使用 binder 的进程，当调用 binder_open 函数时会创建
binder_thread	描述使用 binder 的线程，当调用 binder_ioctl 函数时会创建
binder_node	描述 binder 实体节点，对应于一个 serve，即用户态的 BpBinder 对象
binder_ref	描述对 binder 实体节点的引用，关联到一个 binder_node
binder_buffer	描述 binder 通信过程中存储数据的Buffer
binder_work	描述一个 binder 任务
binder_transaction	描述一次 binder 任务相关的数据信息
binder_ref_death	描述 binder_node 即 binder server 的死亡信息

其中主要结构体引用关系如下：

面试官：可以，我们再来聊聊别的。

这个问题虽有些 "面试造火箭" 的无奈，可难点就是亮点、价值所在，是筛选面试者的有效手段。如果问你这个问题，你能回答多少呢？

最后

最近整理了一份《Android Binder原理学习笔记》，集合了「Linux、C/S架构、ServiceManager、ProcessState、系统服务的注册过程、ServiceManager的启动过程、系统服务的获取过程、MediaPlayerService、JNI、Binder类的注册、AMS、JavaBBinder」等N多技术点。