IBinder对象在进程间传递的形式(一)

命题   

    当service经常被远程调用时，我们经常常使用到aidl来定一个接口供service和client来使用，这个事实上就是使用Binder机制的IPC通信。当client bind service成功之后，系统AM会调用回调函数onServiceConnected将service的IBinder传递给client， client再通过调用aidl生成的asInterface()方法获得service的调用接口，此时一个bind过程结束了，我们在client端就能够远程调用service的方法了。比如

            public void onServiceConnected(ComponentName className,
                    IBinder service) {
                mSecondaryService = ISecondary.Stub.asInterface(service);
            }

    我们再看aidl生成的asInterface()的定义

	public static com.example.android.apis.app.ISecondary asInterface(android.os.IBinder obj)
	{
	if ((obj==null)) {
	return null;
	}
	android.os.IInterface iin = (android.os.IInterface)obj.queryLocalInterface(DESCRIPTOR);
	if (((iin!=null)&&(iin instanceof com.example.android.apis.app.ISecondary))) {
	return ((com.example.android.apis.app.ISecondary)iin);
	}
	return new com.example.android.apis.app.ISecondary.Stub.Proxy(obj);
	}

    首先，asInterface()会去query传入的IBinder对象是否有LocalInterface,这里的LocalInterface是指传入的IBinder是service本身的引用还是代理。
    1.当asInterface的输入的IBinder为server的引用(Binder类型)时，则直接返回该引用，那么此时调用server的方法不为IPC通信，而是直接的函数调用；
    2.当asInterface的输入的IBinder为server的代理(BinderProxy类型)时，则须要创建该server的代理并返回，此时调用server的方法为IPC通信。

    那么以上两种情况发生的条件是什么呢？这里我们先给出答案，然后再深入到代码中去研究2种不同的情况。
    1.当client和service处在同样进程中的话，asInterface的输入的IBinder为server的引用时；
    2.当client和service处在不同进程中的话，asInterface的输入的IBinder为server的代理。

在研究上述实现代码之前，我们先介绍一下IBinder作为參数使用IPC进程间传递时的状态变化，事实上这个就是我们本篇文章的核心内容，理解了这个机制，我们就会非常easy理解我们上述的那个命题的原理了。

    模型

    IBinder作为參数在IPC通信中进行传递，可能会使某些人困惑，IBinder不就是IPC通信的媒介吗？怎么还会被作为參数来传递呢，这样理解就有点狭隘了，拿native层的IPC来说，client从SM(service manager)中获取service端的Interface，这个Interface同一时候也是IBinder类型，当C/S两端须要双工通信时，即所谓的Service端须要反过来调用Client端的方法时，就须要client通过前述的那个Interface将Client端的IBinder传递给Service。
    拿Java应用层的Service来说更是如此，如本文的这个命题，以下我们会分析，首先来介绍原理性的知识。
    Binder IPC通信中，Binder是通信的媒介，Parcel是通信的内容。方法远程调用过程中，其參数都被打包成Parcel的形式来传递的。IBinder对象也不例外，我们看一下Parcel类中的writeStrongBinder()(因为java层和native层的方法是相相应的，java层仅仅是native的封装，因此我们仅仅须要看native的就可以),

status_t Parcel::writeStrongBinder(const sp<IBinder>& val)
{
    return flatten_binder(ProcessState::self(), val, this);
}

status_t flatten_binder(const sp<ProcessState>& proc,
    const sp<IBinder>& binder, Parcel* out)
{
    flat_binder_object obj;
    
    obj.flags = 0x7f | FLAT_BINDER_FLAG_ACCEPTS_FDS;
    if (binder != NULL) {
        IBinder *local = binder->localBinder();
        if (!local) {
            BpBinder *proxy = binder->remoteBinder();
            if (proxy == NULL) {
                LOGE("null proxy");
            }
            const int32_t handle = proxy ? proxy->handle() : 0;
            obj.type = BINDER_TYPE_HANDLE;
            obj.handle = handle;
            obj.cookie = NULL;
        } else {
            obj.type = BINDER_TYPE_BINDER;
            obj.binder = local->getWeakRefs();
            obj.cookie = local;
        }
    } else {
        obj.type = BINDER_TYPE_BINDER;
        obj.binder = NULL;
        obj.cookie = NULL;
    }
    
    return finish_flatten_binder(binder, obj, out);
}

上面代码分以下2种情况
1. 假设传递的IBinder为service的本地IBinder对象，那么该IBinder对象为BBinder类型的，因此上面的local不为NULL，故binder type为BINDER_TYPE_BINDER。
2. 假设传递的IBinder对象代理IBinder对象，那么binder type则为BINDER_TYPE_HANDLE。

client端将方法调用參数打包成Parcel之后，会发送到内核的Binder模块，因此以下我们将分析一下内核的Binder模块的处理。

kernel/drivers/staging/android/Binder.c中的函数binder_transaction()

switch (fp->type) {
        case BINDER_TYPE_BINDER:
        case BINDER_TYPE_WEAK_BINDER: {
            struct binder_ref *ref;
            struct binder_node *node = binder_get_node(proc, fp->binder);
            if (node == NULL) {
                node = binder_new_node(proc, fp->binder, fp->cookie);
                if (node == NULL) {
                    return_error = BR_FAILED_REPLY;
                    goto err_binder_new_node_failed;
                }
                node->min_priority = fp->flags & FLAT_BINDER_FLAG_PRIORITY_MASK;
                node->accept_fds = !!(fp->flags & FLAT_BINDER_FLAG_ACCEPTS_FDS);
            }
            if (fp->cookie != node->cookie) {
                binder_user_error("binder: %d:%d sending u%p "
                    "node %d, cookie mismatch %p != %p
",
                    proc->pid, thread->pid,
                    fp->binder, node->debug_id,
                    fp->cookie, node->cookie);
                goto err_binder_get_ref_for_node_failed;
            }
            ref = binder_get_ref_for_node(target_proc, node);
            if (ref == NULL) {
                return_error = BR_FAILED_REPLY;
                goto err_binder_get_ref_for_node_failed;
            }
            if (fp->type == BINDER_TYPE_BINDER)
                fp->type = BINDER_TYPE_HANDLE;
            else
                fp->type = BINDER_TYPE_WEAK_HANDLE;
            fp->handle = ref->desc;
            binder_inc_ref(ref, fp->type == BINDER_TYPE_HANDLE,
                       &thread->todo);

            binder_debug(BINDER_DEBUG_TRANSACTION,
                     "        node %d u%p -> ref %d desc %d
",
                     node->debug_id, node->ptr, ref->debug_id,
                     ref->desc);
        } break;
        case BINDER_TYPE_HANDLE:
        case BINDER_TYPE_WEAK_HANDLE: {
            struct binder_ref *ref = binder_get_ref(proc, fp->handle);
            if (ref == NULL) {
                binder_user_error("binder: %d:%d got "
                    "transaction with invalid "
                    "handle, %ld
", proc->pid,
                    thread->pid, fp->handle);
                return_error = BR_FAILED_REPLY;
                goto err_binder_get_ref_failed;
            }
            if (ref->node->proc == target_proc) {
                if (fp->type == BINDER_TYPE_HANDLE)
                    fp->type = BINDER_TYPE_BINDER;
                else
                    fp->type = BINDER_TYPE_WEAK_BINDER;
                fp->binder = ref->node->ptr;
                fp->cookie = ref->node->cookie;
                binder_inc_node(ref->node, fp->type == BINDER_TYPE_BINDER, 0, NULL);
                binder_debug(BINDER_DEBUG_TRANSACTION,
                         "        ref %d desc %d -> node %d u%p
",
                         ref->debug_id, ref->desc, ref->node->debug_id,
                         ref->node->ptr);
            } else {
                struct binder_ref *new_ref;
                new_ref = binder_get_ref_for_node(target_proc, ref->node);
                if (new_ref == NULL) {
                    return_error = BR_FAILED_REPLY;
                    goto err_binder_get_ref_for_node_failed;
                }
                fp->handle = new_ref->desc;
                binder_inc_ref(new_ref, fp->type == BINDER_TYPE_HANDLE, NULL);
                binder_debug(BINDER_DEBUG_TRANSACTION,
                         "        ref %d desc %d -> ref %d desc %d (node %d)
",
                         ref->debug_id, ref->desc, new_ref->debug_id,
                         new_ref->desc, ref->node->debug_id);
            }
        } break;

    上面代码也分为了2种不同的分支：
    1. 传来的IBinder类型为BINDER_TYPE_BINDER时，会将binder type值为BINDER_TYPE_HANDLE；
    2. 传来的IBinder类型为BINDER_TYPE_HANDLE时，会推断该IBinder的实体被定义的进程(也就是该IBinder代表的server被定义的进程)与目标进程(也即IBinder被传递的目标进程)是否同样，假设同样，则将该IBinder type转化为BINDER_TYPE_BINDER，同一时候使其变为IBinder本地对象的引用。
    通过上述的处理，我们能够得出以下结论：
    1.不同进程间传递的IBinder本地对象引用(BINDER_TYPE_BINDER类型)，在内核中均会被转化为代理(BINDER_TYPE_HANDLE类型，眼下仅仅是改变其类型，在IBinder接收方会依据其类型转化为代理)；
    2.因为仅仅有不同进程间传递才会将IBinder发送到Binder模块，所以IBinder在多级传递的过程中，有以下2种可能 进程A-->进程B-->进程A，进程A-->进程B-->进程C；其相应的IBinder类型就是BINDER_TYPE_BINDER-->BINDER_TYPE_HANDLE-->BINDER_TYPE_BINDER,BINDER_TYPE_BINDER-->BINDER_TYPE_HANDLE-->BINDER_TYPE_HANDLE。
    依据上述结论，我们就会明确Binder IPC通信过程中，同样进程间的IBinder本地对象，假设不经过不同进程的传递，那么IBinder就不会传给内核的Binder模块，因此它一直是IBinder的本地对象；假设在进程间传递，即使通过再多的进程间的传递，仅仅要最后的目标是同一个进程的component，那么他得到的IBinder对象就是本地的对象。

          

   

    套用模型

    理解了上面的这个模型，我们再回过头看最開始的那个命题结论就非常好理解了
    1.当client和service处在同样进程中的话，asInterface的输入的IBinder为server的引用时；
    2.当client和service处在不同进程中的话，asInterface的输入的IBinder为server的代理。

    假如某一个component(比如一个Acitivity)处在进程A，它须要bind一个service，而该service处在进程B中，我们简介一下bind的过程。
    1. 进程A向AM(进程system_server)发出Bind请求，并将回调ServiceConnection提供给AM(传递给AM的也是一个接口(IServiceConnection)，由于AM与A之间是双工通信，所以A须要向AM提供IBinder)；
    2. AM启动进程B并创建service，进程B将service的IBinder对象传递给AM，AM再通过IServiceConnection传递给进程A。所以service的IBinder对象的传递路径为：进程B-->进程system_server(AM)-->进程A。

    套用上面的模型，就会得出本文最開始命题的结论。

    便于理解下图给出里bind 一个service的过程