Android面试必问之Binder进程间通信机制，大厂喜欢从哪些角度考你呢？看完这篇你就懂啦

Android面试必问之Binder进程间通信机制，大厂喜欢从哪些角度考你呢？看完这篇你就懂啦

}

binder_miscdev 即 Binder 设备描述如下：

static struct miscdevice binder_miscdev = {
.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR, //自动分配次设备号
.name = “binder”, //驱动名称
.fops = &binder_fops //binder 驱动支持的文件 *** 作
}

binder_fops 为 Binder 设备支持的 *** 作函数，如下：

static const struct file_operations binder_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.poll = binder_poll,
.unlocked_ioctl = binder_ioctl,
.mmap = binder_mmap,
.open = binder_open,
.flush = binder_flush,
.release = binder_release,
};

binder_open

用户应用程序通过 Binder 通信时，需先调用 binder_open() 方法打开 binder 驱动，binder_open() 中主要做了两个工作，对应的分为两部分来看：

//binder.c
static int binder_open(struct inode *nodp, struct file *filp)
{
struct binder_proc *proc;
…
proc = kzalloc(sizeof(*proc), GFP_KERNEL); //创建 binder_proc
if (proc == NULL)
return -ENOMEM;
get_task_struct(current);
proc->tsk = current;
INIT_LIST_HEAD(&proc->todo); //初始化 todo 队列
init_waitqueue_head(&proc->wait); //初始化 todo 队列
proc->default_priority = task_nice(current);

上面代码的主要工作是 「创建及初始化 binder_proc」，binder_proc 就是用来存放 binder 相关数据的结构体，每个进程独有一份。

binder_lock(func);
binder_stats_created(BINDER_STAT_PROC);
hlist_add_head(&proc->proc_node, &binder_procs);
proc->pid = current->group_leader->pid;
INIT_LIST_HEAD(&proc->delivered_death);
filp->private_data = proc;
binder_unlock(func);
…
}

第二个主要工作是 「将 binder_proc 记录起来」，方便后续使用，如上代码所示，通过 hlist_add_head() 方法将 binder_proc 记录到了内核的 binder_procs 表中，另外还将 binder_proc 存放在 filp 的 private_data 域，以便于在后续调用 mmap、ioctl 等方法时获取。

binder_mmap

对于 binder 驱动来说，上层应用调用的 mmap() 最终会执行到 binder_mmap() 方法，binder_mmap() 的主要工作是**「将上层应用的虚拟内存块和 Binder 申请的物理内存块建立映射」**，应用程序和 Binder 就拥有了共享的内存空间，这样不同的应用程序之间可以通过 Binder 实现数据共享。

Binder 中有一物理内存块 P；B 进程中有一内存块 b将 P 分别与 b 建立映射，这样 P、b 就可以看作同一块内存若 A 进程想要发送数据给 B 进程，只需将数据拷贝到 P 内存，B 进程就能直接读取到了

所以 Binder 只需一次拷贝，binder_mmap() 要做的就是将 P 与 b 建立映射，该方法代码较长，分段看关键部分代码：

static int binder_mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma){
struct vm_struct *area;
struct binder_proc *proc = filp->private_data;
const char *failure_string;
struct binder_buffer *buffer;
//映射空间至多 4M
if ((vma->vm_end - vma->vm_start) > SZ_4M)
vma->vm_end = vma->vm_start + SZ_4M;
//检查 vma 是否被禁用
if (vma->vm_flags & FORBIDDEN_MMAP_FLAGS) {
ret = -EPERM;
failure_string = “bad vm_flags”;
goto err_bad_arg;
}

vma(vm_area_struct) 是**「用户态虚拟内存地址空间」**，也就是 barea(vm_struct) 是**「内核态虚拟地址空间」**，指向 Pproc(binder_proc) 即 binder_open() 中创建的、存放 binder 相关数据的结构体另外还做了限制映射空间至多 4M 等映射规则的检查和处理

mutex_lock(&binder_mmap_lock);
//检查是否已执行过 binder_mmap 映射过
if (proc->buffer) {
ret = -EBUSY;
failure_string = “already mapped”;
goto err_already_mapped;
}
//申请内核虚拟内存地址空间
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;
}
//将内核虚拟内存地址记录在 proc 中
proc->buffer = area->addr;
//记录用户态虚拟内存地址和内核态虚拟内存地址的偏移量
proc->user_buffer_offset = vma->vm_start - (uintptr_t)proc->buffer;
mutex_unlock(&binder_mmap_lock);

proc->buffer 用于存储最终映射的内核态虚拟地址，并通过此变量控制只能映射一次get_vm_area() 方法申请了与用户态空间大小一致的内核态虚拟地址空间，注意此时还没分配实际的物理内存proc->user_buffer_offset 记录了用户态虚拟内存和内核态虚拟内存地址的偏移量，这样后续方便获取用户态虚拟内存地址

//分配存放物理页地址的数组
proc->pages = kzalloc(sizeof(proc->pages[0]) * ((vma->vm_end - vma->vm_start) / PAGE_SIZE), GFP_KERNEL);
proc->buffer_size = vma->vm_end - vma->vm_start;
//申请一页物理内存
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;
}
//最后的收尾工作：将内存记录到相应链表中，设置状态等
INIT_LIST_HEAD(&proc->buffers);
list_add(&buffer->entry,
&proc->buffers);
buffer->free = 1;
binder_insert_free_buffer(proc, buffer);
proc->free_async_space = proc->buffer_size / 2;
proc->files = get_files_struct(current);
proc->vma = vma;

proc->pages 是一个二维指针，用于存放管理物理页面binder_update_page_range() 方法真正的申请物理页面，并分别映射到内核态和用户态的虚拟内存地址空间

至此 binder_mmap 方法执行结束，我们继续分析**「binder_update_page_range()」** 方法，此方法代码非常有助于我们理解页框以及与虚拟内存地址的映射逻辑。先了解此方法的参数：

proc：申请内存的进程所持有的 binder_proc 对象allocate：1 表示申请内存，0 表示释放内存start：虚拟内存地址起点end：虚拟内存地址终点vma：用户态虚拟内存地址空间

static int binder_update_page_range(struct binder_proc *proc, int allocate,
void *start, void *end,
struct vm_area_struct vma){
if (allocate == 0) //区分是申请还是释放
goto free_range;
//依据 start、end 循环分配物理页
for (page_addr = start; page_addr < end; page_addr += PAGE_SIZE) {
//每次分配 1 个页框/
*page = alloc_page(GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM | __GFP_ZERO);
//将页框映射到内核态虚拟内存地址
ret = map_kernel_range_noflush((unsigned long)page_addr, PAGE_SIZE, PAGE_KERNEL, page);
//根据 binder_mmap 方法中记录的偏移量计算出用户态虚拟内存地址
user_page_addr = (uintptr_t)page_addr + proc->user_buffer_offset;
//将页框映射到用户态虚拟内存地址
ret = vm_insert_page(vma, user_page_addr, page[0]);
}
return 0;

binder_mmap() 的 allocate 参数传入 1 为申请内存，执行上面的代码。若为释放则执行以下代码：

free_range:
//依据 start、end 从后往前遍历
for (page_addr = end - PAGE_SIZE; page_addr >= start; page_addr -= PAGE_SIZE) {
page = &proc->pages[(page_addr - proc->buffer) / PAGE_SIZE];
if (vma)
//解除用户态虚拟地址和物理页框的映射
zap_page_range(vma, (uintptr_t)page_addr + proc->user_buffer_offset, PAGE_SIZE, NULL);
err_vm_insert_page_failed:
//解除内核态虚拟地址和物理页框的映射
unmap_kernel_range((unsigned long)page_addr, PAGE_SIZE);
err_map_kernel_failed:
//释放页框物理内存
__free_page(*page);
*page = NULL;
}

binder_ioctl

r_vm_insert_page_failed:
//解除内核态虚拟地址和物理页框的映射
unmap_kernel_range((unsigned long)page_addr, PAGE_SIZE);
err_map_kernel_failed:
//释放页框物理内存
__free_page(*page);
*page = NULL;
}

binder_ioctl