Binder概述，快速了解Binder体系，写给正在求职的Android开发

Binder概述，快速了解Binder体系，写给正在求职的Android开发

Linux最大的特点就是一切皆文件，驱动也不例外，所有驱动都会被挂载在文件系统dev目录下，Binder对应的目录是/dev/binder，注册驱动时将open release mmap等系统调用注册到Binder自己的函数，这样的话在用户空间就可以通过系统调用以访问文件的方式使用Binder。下面来粗略看一下相关代码。

device_initcall函数用于注册驱动，由系统调用

binder_init中调用misc_register注册一个名为binder的misc驱动，同时指定函数映射，将binder_open映射到系统调用open，这样就可以通过open("/dev/binder")来调用binder_open函数了

drivers/android/binder.c

// 驱动函数映射

static const struct file_operations binder_fops = {

.owner = THIS_MODULE,

.poll = binder_poll,

.unlocked_ioctl = binder_ioctl,

.compat_ioctl = binder_ioctl,

.mmap = binder_mmap,

.open = binder_open,

.flush = binder_flush,

.release = binder_release,

};

// 注册驱动参数结构体

static struct miscdevice binder_miscdev = {

.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,

// 驱动名称

.name = “binder”,

.fops = &binder_fops

};

static int binder_open(struct inode *nodp, struct file *filp){…}

static int binder_mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma){…}

static int __init binder_init(void)

{

int ret;

// 创建名为binder的单线程的工作队列

binder_deferred_workqueue = create_singlethread_workqueue(“binder”);

if (!binder_deferred_workqueue)

return -ENOMEM;

…

// 注册驱动，misc设备其实也就是特殊的字符设备

ret = misc_register(&binder_miscdev);

…

return ret;

}

// 驱动注册函数

device_initcall(binder_init);

Binder的简略通讯过程

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一个进程如何通过binder和另一个进程通讯？最简单的流程如下

接收端进程开启一个专门的线程，通过系统调用在binder驱动（内核）中先注册此进程（创建保存一个bidner_proc），驱动为接收端进程创建一个任务队列（biner_proc.todo）

接收端线程开始无限循环，通过系统调用不停访问binder驱动，如果该进程对应的任务队列有任务则返回处理，否则阻塞该线程直到有新任务入队

发送端也通过系统调用访问，找到目标进程，将任务丢到目标进程的队列中，然后唤醒目标进程中休眠的线程处理该任务，即完成通讯

在Binder驱动中以binder_proc结构体代表一个进程，binder_thread代表一个线程，binder_proc.todo即为进程需要处理的来自其他进程的任务队列。

struct binder_proc {

// 存储所有binder_proc的链表

struct hlist_node proc_node;

// binder_thread红黑树

struct rb_root threads;

// binder_proc进程内的binder实体组成的红黑树

struct rb_root nodes;

…

}

Binder的一次拷贝

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众所周知Binder的优势在于一次拷贝效率高，众多博客已经说烂了，那么什么是一次拷贝，如何实现，发生在哪里，这里尽量简单地解释一下。

上面已经说过，不同进程通过在内核中的Binder驱动来进行通讯，但是用户空间和内核空间是隔离开的，无法互相访问，他们之间传递数据需要借助copy_from_user和copy_to_user两个系统调用，把用户/内核空间内存中的数据拷贝到内核/用户空间的内存中，这样的话，如果两个进程需要进行一次单向通信则需要进行两次拷贝，如下图。

Binder单次通信只需要进行一次拷贝，因为它使用了内存映射，将一块物理内存（若干个物理页）分别映射到接收端用户空间和内核空间，达到用户空间和内核空间共享数据的目的。

发送端要向接收端发送数据时，内核直接通过copy_from_user将数据拷贝到内核空间映射区，此时由于共享物理内存，接收进程的内存映射区也就能拿到该数据了，如下图。

代码实现部分

用户空间通过mmap系统调用，调用到Binder驱动中binder_mmap函数进行内存映射，这部分代码比较难读，感兴趣的可以看一下。

drivers/android/binder

binder_mmap创建binder_buffer，记录进程内存映射相关信息（用户空间映射地址，内核空间映射地址等）

static int binder_mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma)

{

int ret;

//内核虚拟空间

struct vm_struct *area;

struct binder_proc *proc = filp->private_data;

const char *failure_string;

// 每一次Binder传输数据时，都会先从Binder内存缓存区中分配一个binder_buffer来存储传输数据

struct binder_buffer *buffer;

if (proc->tsk != current)

return -EINVAL;

// 保证内存映射大小不超过4M

if ((vma->vm_end - vma->vm_start) > SZ_4M)

vma->vm_end = vma->vm_start + SZ_4M;

…

// 采用IOREMAP方式，分配一个连续的内核虚拟空间，与用户进程虚拟空间大小一致

// vma是从用户空间传过来的虚拟空间结构体

area = get_vm_area(vma->vm_end - vma->vm_start, VM_IOREMAP);

if (area == NULL) {

ret = -ENOMEM;

failure_string = “get_vm_area”;

goto err_get_vm_area_failed;

}

// 指向内核虚拟空间的地址

proc->buffer = area->addr;

// 用户虚拟空间起始地址 - 内核虚拟空间起始地址

proc->user_buffer_offset = vma->vm_start - (uintptr_t)proc->buffer;

…
…

// 分配物理页的指针数组，数组大小为vma的等效page个数

proc->pages = kzalloc(sizeof(proc->pages[0]) * ((vma->vm_end - vma->vm_start) / PAGE_SIZE), GFP_KERNEL);

if (proc->pages == NULL) {

ret = -ENOMEM;

failure_string = “alloc page array”;

goto err_alloc_pages_failed;

}

proc->buffer_size = vma->vm_end - vma->vm_start;

vma->vm_ops = &binder_vm_ops;

vma->vm_private_data = proc;

// 分配物理页面，同时映射到内核空间和进程空间，先分配1个物理页

if (binder_update_page_range(proc, 1, proc->buffer, proc->buffer + PAGE_SIZE, vma)) {

ret = -ENOMEM;

failure_string = “alloc small buf”;

goto err_alloc_small_buf_failed;

}

buffer = proc->buffer;

// buffer插入链表

INIT_LIST_HEAD(&proc->buffers);

list_add(&buffer->entry, &proc->buffers);

buffer->free = 1;

binder_insert_free_buffer(proc, buffer);

// oneway异步可用大小为总空间的一半

MEM;

failure_string = “alloc small buf”;

goto err_alloc_small_buf_failed;

}

buffer = proc->buffer;

// buffer插入链表

INIT_LIST_HEAD(&proc->buffers);

list_add(&buffer->entry, &proc->buffers);

buffer->free = 1;

binder_insert_free_buffer(proc, buffer);

// oneway异步可用大小为总空间的一半