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【底层机制】【Android】Binder架构与原理

news 2025/10/18 5:46:57

Binder 架构与原理

一、Binder 整体架构

1. 架构组成
  • Client：服务调用方
  • Server：服务提供方
  • ServiceManager：服务管理器，Android 系统启动时初始化的特殊 Binder 服务
  • Binder 驱动：内核空间的核心组件，负责进程间通信
2. 通信模型
Client Process      Kernel Space       Server Process|                   |                   || -- IBinder.Proxy ->|                   ||                   | -- Binder Driver ->||                   |                   | -- IBinder.Stub|                   | <- Transaction ---|| <- Result --------|                   |

二、Binder 驱动核心机制

1. 内存映射（mmap）
// Binder 驱动关键数据结构
struct binder_proc {struct hlist_node proc_node;struct rb_root threads;        // 线程红黑树struct rb_root nodes;          // Binder 节点struct list_head delivered_death; // 死亡通知列表
};struct binder_thread {struct binder_proc *proc;      // 所属进程wait_queue_head_t wait;        // 等待队列struct binder_transaction *transaction_stack; // 事务栈
};

mmap 工作原理：

  • 进程打开 /dev/binder 设备后调用 mmap()
  • Binder 驱动在内核空间分配缓冲区
  • 同时映射到内核空间和用户空间
  • 一次拷贝机制：数据从客户端用户空间拷贝到内核缓冲区，服务端直接读取
2. 数据传输流程

  1. Client 发送数据：

    • 数据打包为 binder_transaction_data
    • 通过 ioctl(BC_TRANSACTION) 发送到驱动
    • 驱动查找目标 Binder 实体

  2. Server 接收数据：

    • 服务线程通过 ioctl(BC_ENTER_LOOPER) 进入循环
    • 调用 ioctl(BINDER_WRITE_READ) 读取事务
    • 驱动唤醒等待的服务线程

三、AIDL 本质解析

1. AIDL 生成的代码结构
// 自动生成的 Binder 接口
public interface IMyService extends android.os.IInterface {// Binder 本地对象（服务端实现）public static abstract class Stub extends android.os.Binder implements IMyService {@Overridepublic boolean onTransact(int code, android.os.Parcel data, android.os.Parcel reply, int flags) {switch (code) {case INTERFACE_TRANSACTION:reply.writeString(DESCRIPTOR);return true;case TRANSACTION_doSomething:data.enforceInterface(DESCRIPTOR);int _arg0 = data.readInt();String _result = this.doSomething(_arg0);reply.writeNoException();reply.writeString(_result);return true;}return super.onTransact(code, data, reply, flags);}}// Binder 代理对象（客户端使用）private static class Proxy implements IMyService {private android.os.IBinder mRemote;@Overridepublic String doSomething(int param) {android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();String _result;try {_data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);_data.writeInt(param);mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_doSomething, _data, _reply, 0);_reply.readException();_result = _reply.readString();} finally {_reply.recycle();_data.recycle();}return _result;}}
}
2. AIDL 本质
  • 代码生成工具：将接口定义转换为 Binder 通信代码
  • Proxy-Stub 模式实现：
    • Proxy：客户端代理，序列化参数并调用 transact()
    • Stub：服务端基类，反序列化参数并调用实际方法
  • 接口描述符机制：确保客户端和服务端接口版本一致

startActivity 的 Binder 调用全过程

一、进程内准备阶段

1. 发起调用
// Activity.java
public void startActivity(Intent intent) {// 调用 ActivityTaskManager 服务ActivityTaskManager.getService().startActivity(mMainThread.getApplicationThread(), mToken, intent, intent.resolveTypeIfNeeded(getContentResolver()),null, // resultTonull, // resultWho0,    // requestCodeFLAG_ACTIVITY_NEW_TASK,null, // optionsnull  // userId);
}

二、Binder 调用链详细流程

1. 客户端到系统进程（第一次 Binder 调用）
Client Process (App) → System Server Process (AMS)

调用路径：

  • Activity.startActivity()
  • ActivityTaskManager.getService().startActivity()
  • IActivityTaskManager.Stub.Proxy.startActivity()

Binder 事务：

// IActivityTaskManager.aidl 生成的 Proxy 类
public int startActivity(IApplicationThread caller, String callingPackage,Intent intent, ...) {Parcel data = Parcel.obtain();Parcel reply = Parcel.obtain();data.writeStrongBinder(caller != null ? caller.asBinder() : null);data.writeString(callingPackage);intent.writeToParcel(data, 0);// ... 其他参数序列化mRemote.transact(TRANSACTION_startActivity, data, reply, 0);reply.readException();int result = reply.readInt();return result;
}
2. 系统进程处理（AMS 侧）

AMS 处理逻辑：

// ActivityTaskManagerService.java
public final int startActivity(IApplicationThread caller, ...) {return getActivityStartController().obtainStarter(intent, ...).setCaller(caller).execute();
}

关键步骤：

  1. 权限验证：检查调用者权限
  2. Intent 解析：解析目标 Activity 信息
  3. 进程检查：判断目标 Activity 所在进程是否已启动
  4. 栈管理：确定 Activity 应该放入哪个 Task
3. 暂停当前 Activity（第二次 Binder 调用）
System Server Process (AMS) → Client Process (App)

AMS 调用应用进程：

// 通过 ApplicationThread 的 Binder 接口
app.thread.schedulePauseActivity(token, finished, userLeaving, configChanges);

应用进程处理：

// ActivityThread.java - ApplicationThread 内部类
public final void schedulePauseActivity(IBinder token, ...) {sendMessage(H.PAUSE_ACTIVITY, token);
}// H（Handler）处理消息
case PAUSE_ACTIVITY: {handlePauseActivity((IBinder)msg.obj, ...);break;
}private void handlePauseActivity(IBinder token, ...) {ActivityClientRecord r = mActivities.get(token);if (r != null) {// 调用 Activity 的 onPause()performPauseActivity(r, finished, reason, pendingActions);}
}
4. 启动目标进程（如果需要）

进程创建流程：

  1. AMS 通过 Process.start() 请求 Zygote
  2. Zygote fork 新进程
  3. 新进程入口：ActivityThread.main()
5. 启动目标 Activity（第三次 Binder 调用）
System Server Process (AMS) → Target Process (App)

AMS 调用目标进程：

// 通过目标进程的 ApplicationThread
thread.scheduleLaunchActivity(new Intent(r.intent), ...);

目标进程处理：

// ActivityThread.java
private void handleLaunchActivity(ActivityClientRecord r, ...) {// 1. 创建 Activity 实例Activity activity = mInstrumentation.newActivity(cl, component.getClassName(), r.intent);// 2. 创建 Application（如果不存在）Application app = r.packageInfo.makeApplication(false, mInstrumentation);// 3. 关联 Contextactivity.attach(appContext, ...);// 4. 调用 onCreate()mInstrumentation.callActivityOnCreate(activity, r.state);// 5. 调用 onStart()activity.performStart();// 6. 调用 onResume()activity.performResume();
}

三、Window 管理相关的 Binder 调用

1. 窗口创建（第四次 Binder 调用）
Target Process (App) → WindowManagerService (WMS)

调用流程：

// ActivityThread.handleResumeActivity()
final void handleResumeActivity(IBinder token, ...) {// 调用 Activity.onResume()ActivityClientRecord r = performResumeActivity(token, ...);if (r.activity.mVisibleFromClient) {// 添加窗口到 WMSViewManager wm = r.activity.getWindowManager();wm.addView(decorView, layoutParams);}
}// WindowManagerGlobal.addView()
public void addView(View view, ViewGroup.LayoutParams params, ...) {ViewRootImpl root = new ViewRootImpl(view.getContext(), display);root.setView(view, wparams, panelParentView);
}

ViewRootImpl 与 WMS 通信：

// ViewRootImpl.java
public void setView(View view, ...) {// 通过 Session 与 WMS 通信res = mWindowSession.addToDisplay(mWindow, ...);
}

四、Binder 驱动中的关键数据结构

1. 事务处理
struct binder_transaction_data {union {size_t handle;    // 对 Server 的引用void *ptr;        // Server 的本地地址} target;void *data.ptr;       // 数据缓冲区size_t data_size;     // 数据大小
};// Binder 驱动处理事务
static void binder_transaction(struct binder_proc *proc,struct binder_thread *thread,struct binder_transaction_data *tr) {// 查找目标 Binder 节点target_node = binder_get_node(proc, tr->target.handle);// 分配事务缓冲区t = kzalloc(sizeof(*t), GFP_KERNEL);// 拷贝数据到目标进程t->buffer = binder_alloc_buf(target_proc, tr->data_size);
}

五、完整调用时序总结

[Client Process]           [Binder Driver]        [System Server]        [Target Process]|                           |                       |                       ||--- startActivity() ------>|                       |                       ||                           |-- TRANSACTION ------->|                       ||                           |                       |-- AMS.startActivity() ||                           |                       |                       ||                           |<-- schedulePauseActivity --|                  ||<-- onPause() ------------|                       |                       ||                           |                       |                       ||                           |                       |-- (如果需要)创建进程 -||                           |                       |                       ||                           |<-- scheduleLaunchActivity -|                  ||                           |                       |                  |-- onCreate()|                           |                       |                  |-- onStart()  |                           |                       |                  |-- onResume()|                           |                       |                  |-- addView()|                           |                       |                  |   (WMS调用)

六、性能优化关键点

  1. 一次拷贝优势：相比其他 IPC（如 Socket 需要 4 次拷贝），Binder 只需 1 次用户空间到内核空间的拷贝
  2. 引用计数：Binder 对象自动管理生命周期，避免内存泄漏
  3. 线程池管理：Binder 驱动维护线程池，避免频繁创建销毁线程
  4. 死亡通知：通过 linkToDeath() 监控 Binder 服务状态，及时清理资源

整个 startActivity 过程涉及 3-4 次主要的 Binder 调用，通过精心设计的异步回调机制和状态管理，实现了跨进程的 Activity 启动流程。

http://www.dtcms.com/a/494400.html

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