Binder进程与线程ProcessState以及IPCThreadState

ProcessState以及IPCThreadState

ProcessState是负责打开Binder节点并做mmap映射，IPCThreadState是负责与Binder驱动进行具体的命令交互。

ProcessState

1. 实现ProcessState的主要关键点有以下几个：

• 保证同一进程只有一个ProcessState实例，且只有在ProcessState对象建立时才打开Binder设备以及做内存映射
• 向上层提供IPc服务
• 与IPCThreadState分工

2. 首先分析第一个点：
   源码位置：/frameworks/native/libs/binder/ProcessState.cpp  http://androidxref.com/6.0.1_r10/xref/frameworks/native/libs/binder/ProcessState.cpp

sp<ProcessState> ProcessState::self()
{
    if (gProcess != NULL) return gProcess;

    AutoMutex _l(gProcessMutex);
    if (gProcess == NULL) gProcess = new ProcessState;
    return gProcess;
}

可以看到，在这里也是先检查是否存在一个已经实例化的prosessstate，否则创建一个，所以获取ProcessState对象，需要通过这个self方法。
接下来需要一步步的观察这个新建的过程当中实现的原理。

3. 分析构造函数：

ProcessState::ProcessState()
    : mDriverFD(open_driver())
    , mVMStart(MAP_FAILED)
    , mManagesContexts(false)
    , mBinderContextCheckFunc(NULL)
    , mBinderContextUserData(NULL)
    , mThreadPoolStarted(false)
    , mThreadPoolSeq(1)
{
    if (mDriverFD >= 0) {
        mVMStart = mmap(0, BINDER_VM_SIZE, PROT_READ, MAP_PRIVATE | MAP_NORESERVE, mDriverFD, 0);
        if (mVMStart == MAP_FAILED) {
            // *sigh*
            LOGE("Using /dev/binder failed: unable to mmap transaction memory.
");
            close(mDriverFD);
            mDriverFD = -1;
        }
#else
        mDriverFD = -1;
#endif
    }
    if (mDriverFD < 0) {
        // Need to run without the driver, starting our own thread pool.
    }
}

可以看到有两个之前学习的时候了解到了，与Binder驱动紧密相关的方法：
一个是open_driver(),另一个是下面的mmap(),也就是最终打开了Binder结点以及进行了内存块的映射。

4. 接下来分析在之前用到的获取IBinder的对象时的一个方法：getContextObject
   在这个方法中，传入了一个handel，最终得到了一个BpBinder，而这个BpBinder是Binder在Native层的代理。

sp<IBinder> ProcessState::getContextObject(const sp<IBinder>& /*caller*/)
{
    return getStrongProxyForHandle(0);
}

ProcessState::getStrongProxyForHandle

sp<IBinder> ProcessState::getStrongProxyForHandle(int32_t handle)
{
    sp<IBinder> result;
 
    AutoMutex _l(mLock);
 
    handle_entry* e = lookupHandleLocked(handle);
 
    if (e != NULL) {
        ......
        IBinder* b = e->binder;
        if (b == NULL || !e->refs->attemptIncWeak(this)) {
            if (handle == 0) {
               ......
                Parcel data;
                status_t status = IPCThreadState::self()->transact(
                        0, IBinder::PING_TRANSACTION, data, NULL, 0);
                if (status == DEAD_OBJECT)
                   return NULL;
            }
 
            b = new BpBinder(handle); 
            e->binder = b;
            if (b) e->refs = b->getWeakRefs();
            result = b;
        } else {
            // This little bit of nastyness is to allow us to add a primary
            // reference to the remote proxy when this team doesn't have one
            // but another team is sending the handle to us.
            result.force_set(b);
            e->refs->decWeak(this);
        }
    }
 
    return result;
}

ProcessState::lookupHandleLocked

ProcessState::handle_entry* ProcessState::lookupHandleLocked(int32_t handle)
{
    const size_t N=mHandleToObject.size();
    if (N <= (size_t)handle) {
        handle_entry e;
        e.binder = NULL;
        e.refs = NULL;
        status_t err = mHandleToObject.insertAt(e, N, handle+1-N);
        if (err < NO_ERROR) return NULL;
    }
    return &mHandleToObject.editItemAt(handle);
}

从这儿看，先调用lookupHandleLocked方法，由于是第一次调用，因此新建一个handle_entry,并返回，而且其binder和refs为NULL
那么getStrongProxyForHandle方法接着往下走，由于binder为NULL，mHandle传入的是0，因此进入判断条件中，最后new BpBinder，且参数为0

因此，返回的是new BpBinder(0)

sp<IBinder> b = ProcessState::self()->getContextObject(NULL);

IPCThreadState

代码位置：/frameworks/native/libs/binder/IPCThreadState.cpp

http://androidxref.com/6.0.1_r10/xref/frameworks/native/libs/binder/IPCThreadState.cpp

1. 单实例构造函数：

IPCThreadState* IPCThreadState::self()
{
    if (gHaveTLS) { 
    //当执行完第一次之后，再次运行的时候就已经有IPCThreadState实例，只需要获取就可以使用
restart:
        const pthread_key_t k = gTLS;
        IPCThreadState* st = (IPCThreadState*)pthread_getspecific(k);
        if (st) return st;
        return new IPCThreadState;
    }

    if (gShutdown) {
        ALOGW("Calling IPCThreadState::self() during shutdown is dangerous, expect a crash.
");
        return NULL;
    }

    pthread_mutex_lock(&gTLSMutex);
    if (!gHaveTLS) {       
    //初始的gHaveTLS的值false，所以第一次调用的时候，会执行这里的代码
    //随后将gHaveTLS设置为true
        int key_create_value = pthread_key_create(&gTLS, threadDestructor);
        if (key_create_value != 0) {
            pthread_mutex_unlock(&gTLSMutex);
            ALOGW("IPCThreadState::self() unable to create TLS key, expect a crash: %s
",
                    strerror(key_create_value));
            return NULL;
        }
        gHaveTLS = true;
    }
    pthread_mutex_unlock(&gTLSMutex);
    goto restart;
}

通过上面的方法，就能保证“线程单实例”的目的

2. 现有的调用分析顺序是：
   getService@ServiceManagerProxy-->transact@BinderProxy-->transact@BpBinder-->transact@IPCThreadState
3. 不管是读取还是写入，Binder驱动都只是发挥中间人的作用，真正处理请求的还是Binder Client以及Binder Server双方。
4. 真正与Binder打交道的地方时talkWithDriver中的ioctl()