1. Binder

1.1.1. 1. Linux下传统的进程间通信

Liunx 中跨进程通信涉及到的一些基本概念：

进程隔离
进程空间划分：用户空间(User Space)/内核空间(Kernel Space)
系统调用：用户态/内核态

1. 1 进程隔离：操作系统中，进程间的内存不共享。

内核空间（Kernel）是系统内核运行的空间，用户空间（User Space）是用户程序运行的空间。为了保证安全性，它们之间是隔离的。

Linux 使用两级保护机制：0 级供系统内核使用，3 级供用户程序使用。

当一个任务（进程）执行系统调用而陷入内核代码中执行时，称进程处于内核运行态（内核态）。此时处理器处于特权级最高的（0级）内核代码中执行。当进程处于内核态时，执行的内核代码会使用当前进程的内核栈。每个进程都有自己的内核栈。

当进程在执行用户自己的代码的时候，我们称其处于用户运行态（用户态）。此时处理器在特权级最低的（3级）用户代码中运行。

系统调用主要通过如下两个函数来实现：

copy_from_user() //将数据从用户空间拷贝到内核空间

copy_to_user() //将数据从内核空间拷贝到用户空间

1.2 linux 传统IPC方式

管道：在创建时分配一个page大小的内存，缓存区大小比较有限；半双工，一般父子进程使用
消息队列：信息复制两次，额外的CPU消耗；不合适频繁或信息量大的通信；
共享内存：无须复制，共享缓冲区直接附加到进程虚拟地址空间，速度快；但进程间的同步问题操作系统无法实现，必须各进程利用同步工具解决；
Socket：作为更通用的接口，传输效率低，主要用于不同机器或跨网络的通信；全双工
Signal：常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。不适用于信息交换，更适用于进程中断控制，比如非法内存访问，杀死某个进程等；kill -9 单向不能带参数

传统IPC机制的通信原理（2次内存拷贝）

发送方进程通过系统调用（copy_from_user）将要发送的数据存拷贝到内核缓存区中。
接收方开辟一段内存空间，内核通过系统调用（copy_to_user）将内核缓存区中的数据拷贝到接收方的内存缓存区。

Linux系统将一个进程分为用户空间和内核空间。对于进程之间来说，用户空间的数据不可共享，内核空间的数据可共享，为了保证安全性和独立性，一个进程不能直接操作或者访问另一个进程，即Android的进程是相互独立、隔离的，这就需要跨进程之间的数据通信方式。普通的跨进程通信方式一般需要2次内存拷贝，如下图所示：

传统IPC机制存在2个问题：

需要进行2次数据拷贝，第1次是从发送方用户空间拷贝到内核缓存区，第2次是从内核缓存区拷贝到接收方用户空间。
接收方进程不知道事先要分配多大的空间来接收数据，可能存在空间上的浪费。

1.1.2. 2.Binder

2.1为什么设计Binder?

效率
安全性
稳定性
效率：传输效率主要影响因素是内存拷贝的次数，拷贝次数越少，传输速率越高。对于Binder来说，数据从发送方的缓存区拷贝到内核的缓存区，而接收方的缓存区与内核的缓存区是映射到同一块物理地址的，节省了一次数据拷贝的过程，如图：

共享内存不需要拷贝，Binder的性能仅次于共享内存。

稳定性：Binder基于C/S架构，Server端与Client端相对独立，稳定性较好。共享内存在处理并发同步问题时，容易出现死锁和资源竞争，稳定性较差。Socket虽然是基于C/S架构的，但是它主要是用于网络间的通信且传输效率较低。。
安全性：传统Linux IPC的接收方无法获得对方进程可靠的UID/PID，从而无法鉴别对方身份；而Binder机制为每个进程分配了UID/PID，且在Binder通信时会根据UID/PID进行有效性检测。

2.2 一次完整的 Binder IPC 通信过程：

首先 Binder 驱动在内核空间创建一个数据接收缓存区。
接着在内核空间开辟一块内核缓存区，建立内核缓存区和内核中数据接收缓存区之间的映射关系，以及内核中数据接收缓存区和接收进程用户空间地址的映射关系。
发送方进程通过系统调用 copyfromuser() 将数据 copy 到内核中的内核缓存区，由于内核缓存区和接收进程的用户空间存在内存映射，因此也就相当于把数据发送到了接收进程的用户空间，这样便完成了一次进程间的通信。

2.3 Binder简述

Binder 是基于 C/S 架构，由Client、Server、ServiceManager、Binder Driver组成。其中 Client、Server、ServiceManager 运行在用户空间，Binder 驱动运行在内核空间。

Service Manager 和 Binder 驱动由系统提供，而 Client、Server 由应用程序来实现。Client、Server 和 ServiceManager 均是通过系统调用 open、mmap 和 ioctl 来访问设备文件 /dev/binder，从而实现与 Binder 驱动的交互来间接的实现跨进程通信。

从进程间通信的角度看，Binder 是一种进程间通信的机制；
从 Server 进程的角度看，Binder 指的是 Server 中的 Binder 实体对象；
从 Client 进程的角度看，Binder 指的是 Binder 代理对象，是 Binder 实体对象的一个远程代理;
从传输过程的角度看，Binder 是一个可以跨进程传输的对象；Binder 驱动会对这个跨越进程边界的对象对一点点特殊处理，自动完成代理对象和本地对象之间的转换。

Server&Client：服务器&客户端。在Binder驱动和Service Manager提供的基础设施上，进行Client-Server之间的通信。
ServiceManager（如同DNS域名服务器）服务的管理者，将Binder名字转换为Client中对该Binder的引用，使得Client可以通过Binder名字获得Server中Binder实体的引用。
Binder驱动（如同路由器）：负责进程之间binder通信的建立，计数管理以及数据的传递交互等底层支持。

最后，结合Android跨进程通信：图文详解 Binder机制的总结图来综合理解一下：

2.4 如何启动Binder机制

打开binder驱动

内存映射打开缓冲区

启动binder线程

frameworks/native/cmds/servicemanager/service_manager.c

int main(){
    bs = binder_open(128*1024);  
    if (binder_become_context_manager(bs)) {
        return -1;
    }
    binder_loop(bs, svcmgr_handler);
    return 0;
}

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2-01.Binder