Android Binder设计与实现——设计篇
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2014-08-27
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Android Binder 设计与实现 ——设计篇
Android Binder
设计与实现
——设计篇
关键词
Binder Android IPC Linux 内核 驱动
摘要
Binder 是 Android 系统进程间通信(IPC)方式之一。Linux 已经拥有管道，system V IPC，socket 等
IPC 手段，却还要倚赖 Binder 来实现进程间通信，说明 Binder 具有无可比拟的优势。深入了解 Binder 并
将之与传统 IPC 做对比有助于我们深入领会进程间通信的实现和性能优化。本文将对 Binder 的设计细节做一
个全面的阐述，首先通过介绍 Binder 通信模型和 Binder 通信协议了解 Binder 的设计需求；然后分别阐
述 Binder 在系统不同部分的表述方式和起的作用；最后还会解释 Binder 在数据接收端的设计考虑，包括
线程池管理，内存映射和等待队列管理等。通过本文对 Binder 的详细介绍以及与其它 IPC 通信方式的对比，
读者将对 Binder 的优势和使用 Binder 作为 Android 主要 IPC 方式的原因有深入了解。
1 引言
基于 Client-Server 的通信方式广泛应用于从互联网和数据库访问到嵌入式手持设备内部通信等各个领域。
智能手机平台特别是 Android 系统中，为了向应用开发者提供丰富多样的功能，这种通信方式更是无处不在 ，
诸如媒体播放，视音频频捕获，到各种让手机更智能的传感器(加速度，方位，温度，光亮度等)都由不同的
Server 负责管理，应用程序只需做为 Client 与这些 Server 建立连接便可以使用这些服务，花很少的时间
和精力就能开发出令人眩目的功能。Client-Server 方式的广泛采用对进程间通信(IPC)机制是一个挑战。
目前 linux 支持的 IPC 包括传统的管道，System V IPC，即消息队列/共享内存/信号量，以及 socket
中只有 socket 支持 Client-Server 的通信方式。当然也可以在这些底层机制上架设一套协议来实现
Client-Server 通信，但这样增加了系统的复杂性，在手机这种条件复杂，资源稀缺的环境下可靠性也难
以保证。
另一方面是传输性能。socket 作为一款通用接口，其传输效率低，开销大，主要用在跨网络的进程间通信和
本机上进程间的低速通信。消息队列和管道采用存储-转发方式，即数据先从发送方缓存区拷贝到内核开辟的
缓存区中，然后再从内核缓存区拷贝到接收方缓存区，至少有两次拷贝过程。共享内存虽然无需拷贝，但控制
复杂，难以使用。
表 1 各种 IPC 方式数据拷贝次数
IPC 数据拷贝次数
共享内存 0
Binder 1
Socket/管道/消息队列 2
还有一点是出于安全性考虑。Android 作为一个开放式，拥有众多开发者的的平台，应用程序的来源广泛，确
保智能终端的安全是非常重要的。终端用户不希望从网上下载的程序在不知情的情况下偷窥隐私数据，连接无
线网络，长期操作底层设备导致电池很快耗尽等等。传统 IPC 没有任何安全措施，完全依赖上层协议来确保。
首先传统 IPC 的接收方无法获得对方进程可靠的 UID/PID(用户 ID/进程 ID)，从而无法鉴别对方身份 。
Android 为每个安装好的应用程序分配了自己的 UID，故进程的 UID 是鉴别进程身份的重要标志。使用传统
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