Android Binder IPC机制

前言

记得刚开始做Andorid那会，面试时最怕被问到Binder，就感觉战战兢兢不知道从什么地方说起，导致后来一直有一种恐惧感。当然现在没有这种感觉了，但是这块知识点一直模模糊糊的，最近在学Andorid framework课程，借此机会简单总结下其中Binder相关知识点。

一、Binder是什么？

Binder是Android中一种进程间通信机制。我们平时使用的Activity、Service、Broadcast Receive等组件之间的通信，以及组件与系统层的AMS、PMS等服务间的通信，都是基于Binder的进程间通信机制来实现的，相当于是Android中的血管，可见Binder机制在Android中非常重要。这里要知道的是，Zygote进程的IPC采用的是Socket机制，因为这时Binder还未初始化。

从代码层面来说，Binder是一个能发起通信的Java类。AIDL中Stub类即继承自Binder，具有跨进程的能力。

Binder是一个虚拟的物理设备驱动，提供跨进程的能力。

二、为什么要使用Binder

Android系统的基础是Linux内核，而Linux中实现IPC的机制有管道、消息队列、共享内存、Socket、信号量、信号这些，为什么Android还要另起炉灶呢？主要是性能、安全、易用性等方面的原因。

性能上来说数据拷贝次数越少越好，什么是拷贝下文再介绍。传统IPC机制(Socket、管道、消息队列等)都是拷贝两次，共享内存虽然无需拷贝，但会有安全、死锁、易用性差等问题，Binder只需拷贝一次，因此性能仅次于共享内存优于Socket。

安全性上来说Binder会为每个APP分配唯一的UID，Binder根据UID可以找到对应APP，传统IPC依赖上层协议是不安全的，无法获得对方的UID从而不能鉴别身份。传统IPC访问接入点是开放的，相当于谁都可以访问；Binder既有实名服务又有匿名服务，实名就跟传统IPC一样，谁都可以访问，AMS、WMS都是实名服务，匿名类似于打滴滴，用户直接联系不到司机，需要通过滴滴（系统）平台拿到司机号码，通过系统拿到服务的代理对象，再通过代理对象找到服务。Binder实名和匿名区别在于有没有在ServiceManager注册，注册了即为实名，没注册称为匿名，我们自己使用AIDL等方式一般为匿名。

几种IPC机制对比

	Binder	共享内存	Socket
性能	一次拷贝	无需拷贝	两次拷贝
特点	基于C/S架构， 易用性高	控制复杂， 易用性差	传输效率低， 开销大
安全性	为每个APP分配UID， 同时支持实名和匿名	依赖上层协议， 访问接入点是开放的 不安全	依赖上层协议， 访问接入点是开放的 不安全

三、IPC机制原理

传统IPC机制如何实现跨进程通信

一个进程中的内存被操作系统分为用户空间（用户态）和内核空间（内核态），用户空间是用户程序代码运行的地方，内核空间是系统内核代码运行的地方，为了保护用户不能直接操作内核，两者是隔离的，用户空间可以申请系统调用来传递数据，从用户空间拷贝到内核空间通过copy_from_user函数（内核态）， 从内核空间拷贝到用户空间通过copy_to_user函数（用户态），用户态和内核态之间转换有一个上下文切换非常消耗时间。

数据拷贝，指的就是copy_from_user或copy_to_user调用了几次系统调用（syscall）。

虚拟内存和物理内存（内存条）关系，虚拟内存通过内存管理单元（MMU管理映射）映射到物理内存。所有进程内核空间映射到同一块物理内存（内存共享），每个用户空间则映射到不同的物理内存。

传统IPC机制两次拷贝：调用一次系统调用将数据从用户空间拷贝到内核空间，然后通过copy_to_user将数据从内核空间拷贝到另一进程的用户空间，完成进程间通信，如下图所示

Binder IPC机制原理

传统IPC机制需要两次拷贝，而Binder IPC只需一次拷贝，如何实现的？

内存映射（mmap）：Linux通过将一个虚拟内存区域与一个磁盘上的对象关联起来，以初始化这个虚拟内存区域的内容，这个过程称为内存映射(memory mapping)。

实现映射关系后，就可以采用指针的方式读写操作这一段内存，而系统会自动回写到对应的文件磁盘上。

Binder就是通过内存映射将发送端内核空间和接收端用户空间指向同一块物理内存，这样就可以共享这块内存，当数据发送端通过系统调用将数据copy到内核空间，因此也就相当于把数据发送到了接收端的用户空间，这样就只有发送端的一次系统调用，所以只有一次拷贝，如下图所示：

小结

Binder基于C/S架构，安全性好，易用性高，在Android中的位置非常重要。Binder里的知识点相当复杂，本文只是对一些概念的粗浅理解，如有不足的地方欢迎评论交流。如果觉得文章还不错的话，点击下方链接给我投个票吧，十分感谢！

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