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Android通信方式篇（七）-Binder机制（Native层（下））

本篇文章针对向ServiceManager注册服务 和 获取服务两个流程来做总结。在这两个过程中，ServiceManager都扮演的是服务端，与客户端之间的通信也是通过Binder IPC。

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在此之前先了解下Binder的进程与线程的关系：

用户空间 :ProcessState描述一个进程，IPCThreadState对应一个进程中的一个线程。

内核空间 ：binder_proc描述一个进程，统一由binder_procs全局链表保存，binder_thread对应进程的一个线程。

ProcessState与binder_proc是一一对应的。

Binder线程池 ：每个Server进程在启动时会创建一个binder线程池，并向其中注册一个Binder线程；之后Server进程也可以向binder线程池注册新的线程，或者Binder驱动在探测到没有空闲binder线程时会主动向Server进程注册新的的binder线程。对于一个Server进程有一个最大Binder线程数限制15，(#define DEFAULT_MAX_BINDER_THREADS 15)。对于所有Client端进程的binder请求都是交由Server端进程的binder线程来处理的。我的理解是：binder线程是进程进行binder ipc时的一条数据处理路径。

MediaPlayerService向ServiceManager注册过程如下：

相关类：

整个过程总结如下：

1 获取BpServiceManager 与 BpBinder

由defaultServiceManager()返回的是BpServiceManager，同时会创建ProcessState对象和BpBinder对象。然后通过BpBinder执行transact，把真正工作交给IPCThreadState来处理。

2 BpBinder transact

Binder代理类调用transact()方法，真正工作还是交给IPCThreadState来进行transact工作。

3 通过IPCThreadState 包装并转换数据并进行transact事务处理

每个线程都有一个IPCThreadState，每个IPCThreadState中都有一对Parcel变量：mIn、mOut。相当于两根数据管道：

最后执行talkWithDriver。

writeTransactionData：将BC Protocol + binder_transaction_data结构体 写入mOut， 然后执行waitForResponse：

由talkWithDriver将数据进一步封装到binder_write_read结构体，通过ioctl（BINDER_WRITE_READ）与驱动通信。同时等待驱动返回的接收BR命令，从mIn取出返回的数据。

mIn包装的数据结构(注册服务handle = 0 ，code 为ADD_SERVICE_TRANSACTION)：

4 Binder Driver

把binder_write_read结构体write_buffer里数据取出来，分别得到BC命令和封装好数据的事务binder_transaction_data, 然后根据handler，在当前binder_proc中，找到相应的binder_ref，由binder_ref再找到目标binder_node实体，由目标binder_node再找到目标进程binder_proc。然后就是插入数据：当binder驱动可以找到合适的线程，就会把binder_transaction节点插入到servciemanager的线程的todo队列中，如果找不到合适的线程，就把节点之间插入servciemanager的binder_proc的todo队列。

5 ServiceManager

经过Binder Driver的处理，数据已经到了ServiceManager进程，在BR_TRANSACTION的引导下，在binder_loop（）中执行binder_parser（）取出数据，执行do_add_service（）操作，最终向 svcinfo 列表中添加已经注册的服务（没有数据的返回）。最后发送 BR_REPLY 命令唤醒等待的线程，通知注册成功。结束MediaPlayerService进程 waitForResponse()的状态，整个注册过程结束。

获取服务的过程与注册类似，首先 ServiceManager 向 Binder 驱动发送 BC_TRANSACTION 命令携带 CHECK_SERVICE_TRANSACTION 命令，同时获取服务的线程进入等待状态 waitForResponse()。Binder 驱动收到请求命令向 ServiceManager 的发送 BC_TRANSACTION 查询已注册的服务，会区分请求服务所属进程情况。

查询到直接响应 BR_REPLY 唤醒等待的线程。若查询不到将与 binder_procs 链表中的服务进行一次通讯再响应。

以startService为例来简单总结下执行流程：

3.1 从方法执行流程来看：

Client ：

1 AMP.startService 标记方法以及通过Parcel包装数据；

2 BinderProxy.transact 实际调用native的 android_os_BinderProxy_transact 传递数据；

3 获取BpServiceManager 与 BpBinder 同时会创建ProcessState。然后通过BpBinder执行transact，把真正工作交给IPCThreadState来处理；

4 IPC.transact 主要执行writeTransactionData，将上层传来的数据重新包装成binder_transaction_data，并将BC Protocol + binder_transaction_data结构体 写入mOut；

5 IPC waitForResponse talkWithDriver + 等待返回数据；

6 talkWithDriver 将数据进一步封装成binder_write_read，通过ioctl（BINDER_WRITE_READ）与驱动通信；

Kernel :

7 binder ioctl 接收BINDER_WRITE_READ ioctl命令；

8 binder_ioctl_write_read 把用户空间数据ubuf拷贝到内核空间bwr；

9 binder_thread_write 当bwr写缓存有数据，则执行binder_thread_write；当写失败则将bwr数据写回用户空间并退出；

10 binder_transaction 找到目标进程binder_proc并插入数据到目标进程的线程todo队列，最终执行到它

时，将发起端数据拷贝到接收端进程的buffer结构体；

11 binder_thread_read 根据binder_transaction结构体和binder_buffer结构体数据生成新的binder_transaction_data结构体，写入bwr的read_buffer，当bwr读缓存有数据，则执行binder_thread_read；当读失败则再将bwr数据写回用户空间并退出；最后，把内核数据bwr拷贝到用户空间ubuf。

12 binder_thread_write + binder_ioctl BR命令和数据传递

Server:

13 IPC.executeCommand 解析kernel传过来的binder_transaction_data数据，找到目标BBinder并调用其transact()方法;

14 IPC.joinThreadPool 采用循环不断地执行getAndExecuteCommand()方法, 处理事务。当bwr的读写buffer都没有数据时,则阻塞在binder_thread_read的wait_event过程. 另外,正常情况下binder线程一旦创建则不会退出.

15 BBinder.transact 到Binder.exeTransact 调用 AMN.onTransact

16 AMN.onTransact 把数据传递到AMS.starService去执行

17 AMS.starService Server处理了Client的请求了

然后原路replay回去，talkWithDriver 到Kernel ，然后找到Client进程，把数据拷贝到read_buffer里，最终唤醒IPC，把反馈传递回AMP.startService。完成启动服务。

3.2 从通信协议流程来看：

非oneWay:

oneway:

oneway与非oneway区别: 都是需要等待Binder Driver的回应消息BR_TRANSACTION_COMPLETE. 主要区别在于oneway的通信收到BR_TRANSACTION_COMPLETE则返回,而不会再等待BR_REPLY消息的到来. 另外，oneway的binder IPC则接收端无法获取对方的pid.

3.3 从数据流来看

从用户空间开始：

进入驱动后：

回到用户空间：

参考：

android手机通讯录以及通话记录在哪个文件夹？

在内部存储卡的的data/com.android.provides.contacts里面。

以三星的s8为例

找到通讯录以及通话记录方法：

1、打开三星的s8手机，在系统界面找到“我的文件”。

2、进入到三星的s8手机“我的文件”里面找到“内部存储”点击进入。

3、进入“内部存储”下翻，在列表中找到“data”文件夹，点击打开。

4、进入“data”文件夹后找到“com.android.provides.contacts”文件夹，点击打开。

5、在“com.android.provides.contacts”文件夹里面，把CSV文件导出，就可以看到通讯录文件了。

Android串口通讯

1.打开串口。

2.串口处于监听状态

3.想串口写入数据，串口接收到数据返回数据

SerialPort类所在的包一定要和上图包名一直，因为串口通讯需要使用jni中的函数。

package android_serialport_api;

import java.io.File;

import java.io.FileDescriptor;

import java.io.FileInputStream;

import java.io.FileOutputStream;

import java.io.IOException;

import com.fx.serialporttest.L;

public class SerialPort {

/*

* Do not remove or rename the field mFd: it is used by native method

* close();

*/

private FileDescriptor mFd;

private FileInputStream mFileInputStream;

private FileOutputStream mFileOutputStream;

/**

* 构造方法

* @param device 串口地址

* @param baurate 波特率

* @param flags

* @throws IOException

* @throws InterruptedException

*/

public SerialPort(File device,int baudrate,int flags) {

/*

* 检测是否有访问权限

*/

if(!device.canRead()||!device.canWrite()){

//如果没有读写权限，尝试chmod命令这个文件

L.tag("没有读写权限");

Process su;

try {

su = Runtime.getRuntime().exec("/system/bin/su");//获取root读写权限

String cmd = "chmod 777"+device.getAbsolutePath()+"\n"+"exit\n";

su.getOutputStream().write(cmd.getBytes()); //向此路径文件写入命令

if((su.waitFor()!=0||!device.canRead()||!device.canWrite())){

throw new SecurityException();

}

} catch (Exception e) {

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

}

}

mFd = open(device.getAbsolutePath(),baudrate,flags);

if(mFd==null){

mFd = open(device.getAbsolutePath(),baudrate,flags);

L.tag("native open return null");

}

mFileInputStream = new FileInputStream(mFd);

mFileOutputStream = new FileOutputStream(mFd);

}

public FileInputStream getmFileInputStream() {

return mFileInputStream;

}

public void setmFileInputStream(FileInputStream mFileInputStream) {

this.mFileInputStream = mFileInputStream;

}

public FileOutputStream getmFileOutputStream() {

return mFileOutputStream;

}

public void setmFileOutputStream(FileOutputStream mFileOutputStream) {

this.mFileOutputStream = mFileOutputStream;

}

//JNI

private native static FileDescriptor open(String path,int baudrate,int flags);

public native void close();

static {

System.loadLibrary("serial_port");

}

}

package android_serialport_api;

import java.io.File;

import java.io.FileInputStream;

import java.io.FileOutputStream;

import java.io.IOException;

import com.fx.serialporttest.L;

public  class SerialPortFinger {

private static ReadThread readThread;

private static FileInputStream mFileInputStream;

private static FileOutputStream mFileOutputStream;

static String path = "/dev/ttyS0";//设备主板的串口地址，地址有所不同

public  void startListener(){

SerialPort serialPort = new SerialPort(new File(path), 9600, 0);//9600是波特率，这个也是有所不同，具体要看设备

mFileInputStream = serialPort.getmFileInputStream();

mFileOutputStream = serialPort.getmFileOutputStream();//获取串口写入流

readThread  = new ReadThread();

readThread.start();//开启监听

}

/**

* 发送指令到串口

*

* @param cmd

* @return

*/

public boolean sendCmds(String cmd) {

boolean result = true;

byte[] mBuffer = (cmd+"\r\n").getBytes();

try {

if (mFileOutputStream != null) {

mFileOutputStream.write(mBuffer);

} else {

result = false;

}

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

result = false;

}

return result;

}

static class ReadThread extends Thread{

@Override

public void run() {

// TODO Auto-generated method stub

super.run();

int len;

StringBuffer sb = new StringBuffer("");

while(true){ //循环监听串口，读取返回的数据

byte[] buffer = new byte[1024];

if(mFileInputStream==null){

return;

}

try {

len = mFileInputStream.read(buffer);

if(len0){

sb.append(new String(buffer, 0, len));

}

if(!sb.toString().equals(""))

{

L.tag(sb.toString());//收到串口的返回数据，在日志中打印出来

}

} catch (IOException e) {

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace();

}

L.tag("接受完成");

}

}

}

}