我们知道Android系统启动之后，要想启动一个应用程序则需要保证该应用程序的进程先被启动，如果该进程不存在就会请求 Zygote 进程启动需要的应用程序进程。这样在 Zygote 的 Java 框架层（Framework源码层）中会创建一个 Server 端的 Socket，这个 Socket 用来等待 AMS 请求 Zygote 来创建新的应用程序进程（Zygote 进程通过 fork 自身创建应用程序进程），这样应用程序进程就会获得 Zygote 进程在启动时创建的虚拟机实例。与此同时，也创建出了 Binder 线程池 和 消息循环，这样运行在应用进程中的应用程序就可以很方便的使用 Binder 进行进程间通信以及处理消息了。

简介

既然决定吃透源码，那就必须从源头捋起，所以这篇文章会综合《深入理解Android内核设计思想》、《Android开发艺术探索》以及《Android进阶解密》三书，加上在享学课堂学习有关 Binder 进程课程，会在本文中对Binder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 在系统不同架构分层间的呈现方式及其作用，最后分析 Binder 在数据接收端的设计考虑，包括：线程池管理、内存映射、等待队列等。为读者尽最大可能展现 Android Binder 原本的样貌。这样学就够了！

内存划分

传统 IPC 传输数据

Binder 传输数据

Binder

Binder 是 Android 系统进程间通信（IPC）方式之一，这里为了突出 Android Binder IPC 通信机制的优越性，先分析对比一波 共享内存、Socket 和本文介绍的 Binder 的数据拷贝。

三种 IPC 方式的数据的拷贝次数

共享内存

共享内存可以类比 Java 的内存，堆就是线程共享区域，而此处的堆就是 Linux 里的内存共享区域，虽然无需拷贝，但控制复杂，难以复用，基于此方案的通信，试想一下，如果有一个恶意的程序或者某个app运行崩溃，就会导致关联的应用甚至系统跟着奔溃，这是致命的。

Socket/管道/消息队列

基于 C/S 架构的通信，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。

socket 作为一款通用接口，其传输效率低效，开销巨大，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。如果采用socket在底层架设一套协议，这无疑加重系统设计的复杂性，而且也难以保证通信效率。

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，这里至少有两次拷贝过程。

Binder（基于传输性、安全性考虑均是最佳）

基于 C/S 通信模式，传输过程只需一次拷贝，为发送方添加 UID/PID 身份，既支持实名 Binder，也支持匿名 Binder，安全性高。

面向对象的 Binder IPC

Binder 使用 Client-Server 通信方式：一个进程作为 Server 提供诸如视频/音频解码，视频捕获，地址本查询，网络连接等服务；多个进程作为 Client 向 Server 发起服务请求，获得所需要的服务。

要想实现 Client-Server 通信据必须实现以下两点：

Server 必须有确定的访问接入点或者说地址来接受Client的请求，并且 Client 可以通过某种途径获知 Server 的地址；
制定 Command-Reply 协议来传输数据

这就好比，网络通信中，Server 的访问接入点就是 Server 主机的IP地址+端口号，传输协议为 TCP 协议；

对 Binder 而言，Binder 可以看成 Server 提供的实现某个特定服务的访问接入点，Client 通过这个 “地址” 向 Server 发送请求来使用该服务；

对 Client 而言，Binder 可以看成是通向 Server 的管道入口，要想和某个 Server 通信首先必须建立这个管道并获得管道入口。

与其他 IPC 方式不同点在于，Binder 使用了面向对象思想来描述作为访问接入点的 Binder 和在 Client 中的入口：

Binder 是一个实体位于 Server 中的对象，该对象提供了一套方法用以实现对服务的请求，就象类的成员函数。

遍布于 Client 中的入口可以看成指向这个 Binder 对象的“指针”，一旦获得了这个“指针”就可以调用该对象的方法访问 Server。

Binder 模型

Binder 框架定义了四个角色：Server、Client、ServiceManager、Binder驱动，这其中前三个位于 用户空间，驱动位于 内核空间。这四个角色的关系和互联网类似：Server 是服务器，Client 是客户终端，SMgr 是域名服务器（DNS），驱动是路由器。

Linux进程间通信机制

管道、信号量、Socket、共享内存

共享内存：数据发送方、内核、数据接收方三者共享一块物理内存空间

Binder：数据发送方通过 copy_fromm_user() 拷贝一次，将数据拷贝到内核，而内核和数据接收方有一块内存共享区域，所以这两者无需拷贝，即可使用。

Binder的驱动注册

Linux 一切皆文件

binder_init

分配内存
初始化设备
放入设备链表 binder_devices

binder_open

初始化 proc 创建 binder_proc 进程对象
创建同步锁 binder_lock
串联进程链表 binder_procs -> binder_proc -> binder_proc-> // hlist_head -> hlist_node -> hlist_node ->
内核函数filp -> proc 赋值 private_data(后续binder访问全是它) // flip()函数反置bitset中所有的位，即将1设为0，0设为1。
解除同步锁 binder_unlock

binder_mmap

struct vm_struct*area —— 内核的虚拟内存
struct vm_area_struct*vma —— 进程的虚拟内存（4M 驱动设定；1M - 8k 应用层设定 ===》 binder传输超过1M就会崩溃）

area = get_vm_area(vma->vma_end - vma->vma_start, VMREMAP) 分配内存重新建立映射关联
proc buffer指针指向 area 的内核虚拟指针
计算用户空间偏移值 user_buffer_offset：用户空间虚拟内存地址（proc->buffer） = 虚拟内存地址（vma->vm_start） + 偏移值（proc->user_buffer_offset）

Binder的JNI注册

剑指大厂

Binder有什么优势？ – 《ByteDance》

优点：
内存开辟
风险隔离

Binder是如何做到一次拷贝？ – 《Tencent》

内存划分：内存被操作系统分成两块：用户空间和内核空间，用户空间时用户程序代码运行的地方，内核空间是系统内核运行的地方，可以共享。为了安全，这两者是隔离的，这样即使用户的应用程序崩溃也不会影响到内核。

32位系统 Vs 64位系统

32位系统，即2^32，即总共可访问地址为4G。内核1G，用户空间3G。

64位系统，低位：0-47位才是有效的可变地址（寻址空间256T），高位：48-63位全补0或1。
一般高位全补0对应的地址空间是用户空间。高位全补1对应的是内核空间。

mmap的原理讲解 – 《Tencent》

MMAP：Linux通过将一个虚拟内存区域与一个磁盘上的对象关联起来，以初始化这个虚拟内存区域的内容，这个过程称为内存映射（memory mapping）

对文件进行mmap，会在进程的虚拟内存分配地址空间，建立映射关系。实现这样的映射关系后，就可以对这一段内存采用指针的方式进行读写操作，而系统会自动回写到对应的文件磁盘上。