在 Zygote啟動過程 一文中我們說道，Zygote一生中最重要的一件事就是生下了 System Server 這個大兒子，System Server 擔負著提供系統 Service的重任，在深入了解這些Service 之前，我們首先要了解 什麼是Service？它的工作原理是什麼？
1. Service是什麼？
簡單來說，Service就是提供服務的代碼，這些代碼最終體現為一個個的接口函數，所以，Service就是實現一組函數的對象，通常也稱為組件。Android 的Service 有以下一些特點：
- 請求Service服務的代碼(Client) 和 Service本身(Server) 不在一個線程，很多情況下不在一個進程內。跨進程的服務稱為遠端(Remote)服務，跨進程的調用稱為IPC。通常應用程序通過代理(Proxy)對象來訪問遠端的Service。
- Service 可以運行在native 端(C/C++)，也可以運行在Java 端。同樣，Proxy 可以從native 端訪問Java Service, 也可以從Java端訪問native service， 也就是說，service的訪問與語言無關。
- Android里大部分的跨進程的IPC都是基於Binder實現。
- Proxy 通過 Interface 類定義的接口訪問Server端代碼。
- Service可以分為匿名和具名Service. 前者沒有註冊到ServiceManager, 應用無法通過名字獲取到訪問該服務的Proxy對象。
- Service通常在後台線程執行（相對於前台的Activity), 但Service不等同於Thread，Service可以運行在多個Thread上，一般這些Thread稱為 Binder Thread.
要了解Service，我們得先從 Binder 入手。
2. Binder
先給一張Binder相關的類圖一瞰Binder全貌，從上面的類圖（點擊看大圖）跟Binder大致有這麼幾部分：
Native 實現: IBinder, BBinder, BpBinder, IPCThread, ProcessState, IInterface, etc
Java 實現: IBinder, Binder, BinderProxy, Stub, Proxy.
Binder Driver: binder_proc, binder_thread, binder_node, etc.
我們將分別對這三部分進行詳細的分析，首先從中間的Native實現開始。
通常來說，接口是分析代碼的入口，Android中’I’ 打頭的類統統是接口類（C++里就是抽象類）, 自然，分析Binder就得先從IBinder下手。先看看他的定義。
class IBinder : public virtual RefBase
{
public:
...
virtual sp<IInterface> queryLocalInterface(const String16& descriptor); //返回一個IInterface對象
...
virtual const String16& getInterfaceDescriptor() const = 0;
virtual bool isBinderAlive() const = 0;
virtual status_t pingBinder() = 0;
virtual status_t dump(int fd, const Vector<String16>& args) = 0;
virtual status_t transact( uint32_t code,
const Parcel& data,
Parcel* reply,
uint32_t flags = 0) = 0;
virtual status_t linkToDeath(const sp<DeathRecipient>& recipient,
void* cookie = NULL,
uint32_t flags = 0) = 0;
virtual status_t unlinkToDeath( const wp<DeathRecipient>& recipient,
void* cookie = NULL,
uint32_t flags = 0,
wp<DeathRecipient>* outRecipient = NULL) = 0;
...
virtual BBinder* localBinder(); //返回一個BBinder對象
virtual BpBinder* remoteBinder(); //返回一個BpBinder對象
};
有接口必然有實現，從圖中可以看出，BBinder和BpBinder都是IBinder的實現類，它們幹啥用的，有啥區別？有興趣同學可以去分別去讀讀他們的代碼，分別在
- Bpinder: frameworks/native/lib/binder/BpBinder.cpp
- BBinder: frameworks/native/lib/binder/Binder.cpp
這裡我們簡單總結一下他們的區別：
| 接口 | BBinder | BpBinder |
| queryLocalInterface() | 沒有實現, 默認實現 IBinder 默認｛reutrn NULL}; | 沒有實現 IBinder 默認實現 {return NULL} |
| getInterfaceDescriptor（） | {return sEmptyDescriptor;} | (this)->transact(INTERFACE_TRANSACTION, send, &reply); … mDescriptorCache = res; |
| isBinderAlive() | {return true;} | {return mAlive != 0;} |
| pingBinder() | {return NoError;} | {transact(PING_TRANSACTION, send, &reply); |
| linkToDeath() | {return INVALID_OPERATION;} | {self->requestDeathNotification(mHandle, this);} |
| unlinkToDeath() | {return INVALID_OPERATION;} | {self->clearDeathNotification(mHandle, this);} |
| localBinder() | {return this;} | 沒有實現, IBinder默認實現 {return NULL}; |
| remoteBinder() | 沒有實現，IBinder默認實現 {return NULL;} | {return this}; |
| transact() | {err = onTransact(code, data, reply, flags);} | IPCThreadState::self()->transact(mHandle, code, data, reply, flags); |
| onTransact() |
switch (code) { |
沒有實現 |
看出來了吧，它們的差異在於它們是通信兩端的不同實現，BBinder是服務端，而BpBinder是客戶端，為什麼這麼說？
- pingBinder, BBinder直接返回OK，而BpBinder需要運行一個transact函數，這個函數具體做什麼，我們後面會介紹。
- linkToDeath()是用來在服務掛的時候通知客戶端的，那服務端當然不需要自己監視自己咯，所以BBinder直接返回非法，而Bpbinder需要通過requestDeathNotification()要求某人完成這個事情，究竟是誰提供這個服務？答案後面揭曉。
- 在Android中，remote一般代表某個遠端對象的本地代理，想像一下航空公司和機票代理，BBinder是航空公司，當然沒有remote的了，那BpBinder就是機票代理了，所以remote()自然返回自己了。
- Transact的英文意思是交易，就是買賣嘛，那自然transact()就是買的操作，而onTransact()就是賣的操作，BBinder的transact(）的實現就是onTransact(), 航空公司的買票當然不用通過機票代理了，直接找自己人就好了。
所以結論是，BBinder代表着服務端，而BpBinder則是它在客戶端的代理，客戶程序通過BpBinder的transact()發起請求，而服務器端的BBinder在onTranscat()里響應請求，並將結果返回。
可是交易肯定有目標的吧，回到航空公司和機票代理的例子，如果要訂去某個地方的機票，我們怎麼也得先查詢一下都有那些航班，然後才能告訴機票代理訂具體的航班號吧。這裡的查詢和預訂可以看成服務的接口函數，而航班號就是我們傳遞給機票代理的參數。客戶程序通過queryLocalInterface() 可以知道航空公司都提供哪些服務。
可是奇怪的是BBinder和BpBinder都沒有實現這個接口啊，那肯定另有他人實現這個類了，這個人就是IInterface.h, 看看代碼
template<typename INTERFACE>
inline sp<IInterface> BnInterface<INTERFACE>::queryLocalInterface(
const String16& _descriptor)
{
if (_descriptor == INTERFACE::descriptor) return this;
return NULL;
}
BnInterface<INTERFACE> 對象將自己強制轉換成 IInterface對象返回，看看BnInterface的定義：
template<typename INTERFACE>
class BnInterface : public INTERFACE, public BBinder
{
public:
virtual sp<IInterface> queryLocalInterface(const String16& _descriptor);
virtual const String16& getInterfaceDescriptor() const;
protected:
virtual IBinder* onAsBinder();
};
是一個模板類，繼承了BBinder, 還有模板 INTERFACE。我們剛才已經看過，BBinder沒有實現queryLocalInterface(), 而BnInterface 返回自己，可以他並沒有繼承IInterface, 怎麼可以強制轉換呢，唯一的解釋就是 INTERFACE模板必須繼承和實現IInterface.
class IInterface : public virtual RefBase
{
public:
IInterface();
sp<IBinder> asBinder();
sp<const IBinder> asBinder() const;
protected:
virtual ~IInterface();
virtual IBinder* onAsBinder() = 0;
};
這也太簡單了吧，只是定義了 從Interface 到 IBinder的轉換接口 asBinder, 而剛才我們研究的queryLocalInterface() 正好反過來，說明IBinder 和 IInterface 之間是可以互轉的，一個人怎麼可以變成另外一個人呢？唯一的解釋就是這個人有雙重性格，要麼他同時繼承 IInterface 和 IBinder, 要麼他體內有這兩個對象同時存在，不賣關子了，在服務端，這個雙重性格的人就是BnXXX， XXX 代表某個具體的服務，我們以圖中的BnMediaPlayer為例，看看他的定義
class BnMediaPlayer: public BnInterface<IMediaPlayer>
{
public:
virtual status_t onTransact( uint32_t code,
const Parcel& data,
Parcel* reply,
uint32_t flags = 0);
};
class IMediaPlayer: public IInterface
{
public:
DECLARE_META_INTERFACE(MediaPlayer);
...
}
這下本性都露出來了，IBinder 和 IInterface 的影子都露出來了，讓我們用圖梳理一下 (箭頭代表繼承關係）
歸納一下，
- BBinder 實現了大部分的IBinder 接口，除了onTransact() 和 queryLocalInterface()， getInterfaceDescriptor();
- BnInterface 實現了IBinder的queryLocalInterface()和getInterfaceDescriptor(), 但是其必須藉助實際的接口類。
- BnMediaPlayer只是定義了onTransact(), 沒有實現。
- onTransact()的具體實現在Client類。
為什麼搞得那麼複雜？Google 是希望通過這些封裝儘可能減少開發者的工作量，開發一個native的service 開發者只需要做這麼幾件事（上圖中深色部分）：
- 定義一個接口文件， IXXXService, 繼承IInterface
- 定義BnXXX(), 繼承 BnInterface<IXXXService)
- 實現一個XXXService類，繼承BnXXX(), 並具體實現onTransact() 函數。
那客戶端呢？ 我們的目標是找到一個類，它必須同時擁有IBinder 和 IIterface的特性, 先看看BpBinder 吧
class BpBinder : public IBinder
跟IInterface 沒有關係，那一定是別人，看看BpInterface 吧，
template<typename INTERFACE>
class BpInterface : public INTERFACE, public BpRefBase
{
public:
BpInterface(const sp<IBinder>& remote);
protected:
virtual IBinder* onAsBinder();
};
我們剛才已經知道了，INTERFACE 是 IMediaPlayer, 它繼承了IInterface, IInterface 的對象找到了， 但跟IBinder 沒關係？只剩下BpRefBase 了，
class BpRefBase : public virtual RefBase
{
protected:
...
inline IBinder* remote() { return mRemote; }
...
private:
...
IBinder* const mRemote;
RefBase::weakref_type* mRefs;
volatile int32_t mState;
};
有了，BpRefBase 里有IBinder 成員變量，看來在客戶端，沒有一個類同時繼承IBinder 和 IInterface， 但是有一個類繼承了其一，但包含了另外一個，這種在設計模式里成為組合(Composition).
還是不太明白？還是用圖解釋吧，
看明白了？從BpInterface開始，通過BpRefBase 我們可以找到IBinder, 這個轉換就在 asBinder() 的實現里，看看代碼
sp<IBinder> IInterface::asBinder(){
return this ? onAsBinder() : NULL;
}
sp<const IBinder> IInterface::asBinder() const{
return this ? const_cast<IInterface*>(this)->onAsBinder() : NULL;
}
template<typename INTERFACE>
inline IBinder* BpInterface<INTERFACE>::onAsBinder()
{
return remote();
}
template<typename INTERFACE>
IBinder* BnInterface<INTERFACE>::onAsBinder()
{
return this;
}
這裡印證我們上面兩張圖的正確性，onAsBinder是轉換的發生的地方，服務端（BnInterface)的實現直接返回了自己，因為它繼承了兩者，而客戶端（BpInterface)則需要通過remote()(返回mRemote 成員變量）獲取，因為他自己本身不是IBinder,
那個BpRefbase的mRemote是如何被賦值的？看看以下代碼
//frameworks/native/libs/binder/binder.cpp
BpRefBase::BpRefBase(const sp<IBinder>& o)
: mRemote(o.get()), mRefs(NULL), mState(0)
{
...
}
//frameworks/native/include/binder/iinterface.h
template<typename INTERFACE>
inline BpInterface<INTERFACE>::BpInterface(const sp<IBinder>& remote)
: BpRefBase(remote)
{
}
//frameworks/av/media/libmedia/IMediaPlayer.cpp
class BpMediaPlayer: public BpInterface<IMediaPlayer> { public: BpMediaPlayer(const sp<IBinder>& impl) : BpInterface<IMediaPlayer>(impl) { } ... }
原來是從子類一級一級注入的，那唯一的問題就是在哪裡完成這個注入操作, 馬上搜索”new BpMediaPlayer”, 奇怪，竟然沒有，試試搜索”IMediaPlayer「，發現了一點線索
//av/media/libmedia/IMediaPlayerService.cpp
70: virtual sp<IMediaPlayer> create(
71: const sp<IMediaPlayerClient>& client, int audioSessionId) {
72 Parcel data, reply;
73: ...
77 remote()->transact(CREATE, data, &reply);
78: return interface_cast<IMediaPlayer>(reply.readStrongBinder()); //reply里讀出IBinder,然後轉成IMediaPlayer接口對象
79 }
這裡通過interface_cast 直接把IBinder 轉換成了 IMediaPlayer， interface_cast 到底有什麼魔力？
template<typename INTERFACE>
inline sp<INTERFACE> interface_cast(const sp<IBinder>& obj)
{
return INTERFACE::asInterface(obj);
}
繼續跟進 asInterface, 結果發現里以下代碼
#define DECLARE_META_INTERFACE(INTERFACE) \
static const android::String16 descriptor; \
static android::sp<I##INTERFACE> asInterface( \
const android::sp<android::IBinder>& obj); \
virtual const android::String16& getInterfaceDescriptor() const; \
I##INTERFACE(); \
virtual ~I##INTERFACE(); \
#define IMPLEMENT_META_INTERFACE(INTERFACE, NAME) \
const android::String16 I##INTERFACE::descriptor(NAME); \
const android::String16& \
I##INTERFACE::getInterfaceDescriptor() const { \
return I##INTERFACE::descriptor; \
} \
android::sp<I##INTERFACE> I##INTERFACE::asInterface( \
const android::sp<android::IBinder>& obj) \
{ \
android::sp<I##INTERFACE> intr; \
if (obj != NULL) { \
intr = static_cast<I##INTERFACE*>( \
obj->queryLocalInterface( \
I##INTERFACE::descriptor).get()); \
if (intr == NULL) { \
intr = new Bp##INTERFACE(obj); \
} \
} \
return intr; \
} \
恍然大悟，原來在DECLARE_META_INTERFACE 這個宏里定義了asInterface, 在IMPLEMENT_META_INTERFACE 里實現了它，這裡果然有一個new BpMediaPlayer! 然後把它轉換成父父類 IMediaPlayer。
一切都清楚了，用一張圖來表示
客戶端從遠端獲取一個IBinder對象，接着生成BpMediaPlayer, 將其轉成 IMediaPlayer 接口對象，這是用戶程序看到的對象，並通過其調用接口方法，最終調到BpBinder的transact()。
問題又來了，這個transact() 怎麼傳遞到服務端，並最終調到 onTransact()?
回想一下，onTransact() 是IBinder的接口函數吧，而且Server的IBinder實現是BBinder, 那一定有人通過某種方式得到了BBinder對象。
這個人就是Binder Driver. 為了找到真相，必須用源頭開始，那就是transact()
status_t BpBinder::transact(
uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)
{
...
status_t status = IPCThreadState::self()->transact(
mHandle, code, data, reply, flags);
...
return DEAD_OBJECT;
}
IPCThreadState的transact()函數相比IBinder 多了一個mHandle, 啥來歷？
BpBinder::BpBinder(int32_t handle)
: mHandle(handle)
構造帶進來的，趕緊找「new BpBinder”, 結果在ProcessState.cpp 看到了
sp<IBinder> ProcessState::getStrongProxyForHandle(int32_t handle)
{
...
IBinder* b = e->binder;
if (b == NULL || !e->refs->attemptIncWeak(this)) {
b = new BpBinder(handle);
找誰call了getStrongProxyForHandle？為了快速找到調用棧，我們在BpBinder的構造函數里加了這麼幾句話：
#include <utils/CallStack.h>
...
CallStack cs;
cs.update();
cs.dump("BpBinder")
然後得到了下面的打印
09-29 07:11:14.363 1624 1700 D BpBinder: #00 pc 0001eb34 /system/lib/libbinder.so (android::BpBinder::BpBinder(int)+260)
09-29 07:11:14.363 1624 1700 D BpBinder: #01 pc 0003b9a2 /system/lib/libbinder.so (android::ProcessState::getStrongProxyForHandle(int)+226)
09-29 07:11:14.363 1624 1700 D BpBinder: #02 pc 00032b8c /system/lib/libbinder.so (android::Parcel::readStrongBinder() const+316) //frameworks/native/libs/binder/Parcel.cpp:247
09-29 07:11:14.363 1624 1700 D BpBinder: #03 pc 000ad9d2 /system/lib/libandroid_runtime.so //frameworks/base/core/jni/android_os_Parcel.cpp:355
09-29 07:11:14.363 1624 1700 D BpBinder: #04 pc 00029c5b /system/lib/libdvm.so (dvmPlatformInvoke+79) //dalvik/vm/arch/x86/Call386ABI.S:128
#04 dvmPlatformInvork 說明這是一個Jni調用，#03 對應的代碼是
return javaObjectForIBinder(env, parcel->readStrongBinder());
應該是Java傳下來一個Parcel對象，然後由本地代碼進行解析，從中讀出IBinder對象，並最終返回。也就是說，遠端有人將這個IBinder對象封在Parcel里。還是沒有頭緒？繼續順着調用棧往前看，
#02 對應於下面的代碼
status_t unflatten_binder(const sp<ProcessState>& proc,
const Parcel& in, sp<IBinder>* out)
{
const flat_binder_object* flat = in.readObject(false);
...case BINDER_TYPE_HANDLE:
*out = proc->getStrongProxyForHandle(flat->handle);
return finish_unflatten_binder(
static_cast<BpBinder*>(out->get()), *flat, in);
}
}
return BAD_TYPE;
}
#bionic/libc/kernel/common/linux/binder.h
struct flat_binder_object { unsigned long type; unsigned long flags; union { void *binder; signed long handle; }; void *cookie; };
原來mHandle就是flat_binder_object裏面的handle, 它只是一個數字！這個數據結構定義在Kernel里，是經過Kernel轉手的。越來越亂了，趕緊整理一下思路：
1. Kernel 封裝了一個數據結構(flat_binder_object)，裏面帶有一個數字(mHandle)。
2. 客戶端獲取這個數字後，生成一個BpBinder的對象。
3. 然後當客戶端需要訪問遠端服務的時候，將這個數字附上。
回到現實生活，機票代理需要向航空公司查詢或訂票的話，一定要知道是哪個航空公司，莫非這個號就是航空公司的編號？
恭喜你，就是那麼簡單，這個號就對應了服務器端的提供的某一個服務，Android 中每個Service都有一個號碼（根據創建時間遞增，0號Service 是ServiceManager，讓我用下面的圖來描述整個過程吧，
1. 在已知服務名的情況下，App 通過getService() 從ServiceManager 獲取該服務的信息，該信息封裝在Parcel里。
2. 應用程序收到返回的這個Parcel對象（通過Kernel), 從中讀取出flat_binder_object 對象，最終從對象中得到服務對應的服務號，mHandle.
3. 以該號碼作為參數輸入生成一個IBinder對象(實際是BpBinder）。
4. 應用獲取該對象後，通過asInterface(IBinder*) 生成服務對應的Proxy對象（BpXXX),並將其強轉為接口對象（IXXX），然後直接調用接口函數。
5. 所有的接口對象調用最終會走到BpBinder->transact()函數，這個函數調用IPCThreadState->transact()並以Service號作為參數之一。
6. 最終通過系統調用ioctrl() 進入內核空間，Binder驅動根據傳進來的Service 號尋找該Service正處於等待狀態的Binder Thread, 喚醒它並在該線程內執行相應的函數，並返回結果給APP。
強調一下：
1. 從應用程序的角度來看，他只認識IBinder 和 IMediaPlayer 這兩個類，但真正的實現在BpBinder 和 BpMediaPlayer, 這正是設計模式所推崇的「 Programs to interface, not implementations”, 可以說Android 是一個嚴格遵循設計模式思想精心設計的系統，我們將來會就這個話題進行深入的探討。
2. 客戶端應該層層的封裝，最終的目的就是獲取和傳遞這個mHandle 值，從圖中，我們看到，這個mHandle至來自與IServiceManager, 他是一個管理其他服務的服務，通過服務的名字我們可以拿到這個服務對應的Handle號，類似網絡域名服務系統。但是我們說了，IServiceManager也是服務啊，要訪問他我們也需要一個Handle號啊，對了，就如同你必須為你的機器設置DNS 服務器地址，你才能獲得DNS 服務。在Android系統里, 默認的將ServiceManger的Handler號設為0，0就是DNS服務器的地址，這樣，我們通過調用 getStrongProxyForHandle(0) 就可以拿到ServiceManager 的IBinder 對象，當然，系統提供一個 getService(char *）函數來幫助完成這個過程。
3. Android Binder 的設計目標就是讓訪問遠端服務就像調用本地函數一樣簡單，但是遠端的對象不在本地控制之內，我們必須保證調用過程中遠端的對象不能被析構，否則本地應用程序將很有可能崩潰。同時，萬一遠端服務異常退出，如Crash, 本地對象必須知曉從而避免後續的錯誤。Android 通過 智能指針 和 DeathNotification 來支持這兩個要求，我們會有專門的章節介紹智能指針，這裡我們會在後面簡單介紹 DeathNotifycation的實現原理。
Binder的上層設計邏輯簡單介紹完畢。我們接下來看看Binder的底層設計。
3. Binder Driver
我們知道，Linux的進程空間相互獨立，兩個進程只能通過Kernel space 進行互訪，所有的IPC 機制，最底層的實現都是在Kernel space. Binder 也是如此，通過系統調用切入內核態，內核尋找到提供服務的進程，喚醒他並進入用戶空間，然後在某個線程里調用onTransact(), 完成特定操作，並將結果返回到應用程序。那Binder Driver是如何搭起連接服務端和客戶端的這座橋樑呢？
先看看binder driver 內部的數據結構吧：
下面一一進行解釋：
1. Binder node:
我們前面說過Service 其實是一個存在於某個進程里的對象，因此，進程PID 和 對象地址可以唯一的標識一個Service 對象，除此之外，因為這個對象可能被很多應用所使用，必須有引用計數來管理他的生命周期。這些工作都必須在內核里完成，Binder node 就是這樣一個結構體來管理每個Service 對象。
struct binder_node {
int debug_id; //kernel內部標識node的id
struct binder_work work;
union {
struct rb_node rb_node;
struct hlist_node dead_node;
};
struct binder_proc *proc; //Service所在進程的結構體
struct hlist_head refs; //雙向鏈表頭，鏈表裡存放一系列指針，指向引用該Service的binder_ref對象，
int internal_strong_refs; //內部強引用計數
int local_weak_refs; //弱引用計數
int local_strong_refs; //強引用計數
binder_ptr __user ptr; //Service對象地址
binder_ptr __user cookie;
unsigned has_strong_ref:1;
unsigned pending_strong_ref:1;
unsigned has_weak_ref:1;
unsigned pending_weak_ref:1;
unsigned has_async_transaction:1;
unsigned accept_fds:1;
unsigned min_priority:8;
struct list_head async_todo;
};
2. binder_ref
binder_ref 描述了每個對服務對象的引用，對應與Client端。如上圖所示，每個Ref通過node指向binder_node. 一個進程所有的binder_ref通過兩個紅黑樹（RbTree)進行管理，通過binder_get_ref() 和 binder_get_ref_for_node快速查找。
struct binder_ref {
/* Lookups needed: */
/* node + proc => ref (transaction) */
/* desc + proc => ref (transaction, inc/dec ref) */
/* node => refs + procs (proc exit) */
int debug_id;
struct rb_node rb_node_desc;
struct rb_node rb_node_node;
struct hlist_node node_entry;
struct binder_proc *proc; //應用進程
struct binder_node *node;
uint32_t desc;
int strong;
int weak;
struct binder_ref_death *death; //如果不為空，則client想獲知binder的死亡
};
3. binder_proc
一個進程既包含的Service對象，也可能包含對其他Service對象的引用. 如果作為Service對象進程，它可能會存在多個Binder_Thread。這些信息都在binder_proc結構體進行管理。
struct binder_proc {
struct hlist_node proc_node; //全局鏈表 binder_procs 的node之一
struct rb_root threads; //binder_thread紅黑樹，存放指針，指向進程所有的binder_thread, 用於Server端
struct rb_root nodes; //binder_node紅黑樹，存放指針，指向進程所有的binder 對象
struct rb_root refs_by_desc; //binder_ref 紅黑樹，根據desc(service No) 查找對應的引用
struct rb_root refs_by_node; //binder_ref 紅黑樹，根據binder_node 指針查找對應的引用
int pid;
struct vm_area_struct *vma;
struct mm_struct *vma_vm_mm;
struct task_struct *tsk;
struct files_struct *files;
struct hlist_node deferred_work_node;
int deferred_work;
void *buffer;
ptrdiff_t user_buffer_offset;
struct list_head buffers;
struct rb_root free_buffers;
struct rb_root allocated_buffers;
size_t free_async_space;
struct page **pages;
size_t buffer_size;
uint32_t buffer_free;
struct list_head todo; //task_list, binder_work鏈表，存放指針最終指向某個binder_transaction對象
wait_queue_head_t wait;
struct binder_stats stats;
struct list_head delivered_death;
int max_threads;
int requested_threads;
int requested_threads_started;
int ready_threads;
long default_priority;
struct dentry *debugfs_entry;
};
為了實現快速的查找，binder_proc內部維護了若干個數據結構，如圖中黃色高亮所示，
4. binder_transaction
每個transact() 調用在內核里都會生產一個binder_transaction 對象，這個對象會最終送到Service進程或線程的todo隊列里，然後喚醒他們來最終完成onTransact()調用。
struct binder_transaction {
int debug_id; //一個全局唯一的ID
struct binder_work work; // 用於存放在todo鏈表裡
struct binder_thread *from; //transaction 發起的線程。如果BC_TRANSACTION, 則為客戶端線程，如果是BC_REPLY, 則為服務端線程。
struct binder_transaction *from_parent; //上一個binder_transaction. 用於client端
struct binder_proc *to_proc; //目標進程
struct binder_thread *to_thread; //目標線程
struct binder_transaction *to_parent; //上一個binder_transaction, 用於server端
unsigned need_reply:1;
/* unsigned is_dead:1; */ /* not used at the moment */
struct binder_buffer *buffer;
unsigned int code;
unsigned int flags;
long priority;
long saved_priority;
kuid_t sender_euid;
};
5. binder_thread
binder_proc里的threads 紅黑樹存放着指向binder_thread對象的指針。這裡的binder_thread 不僅僅包括service的binder thread, 也包括訪問其他service的調用thread. 也就是說所有與binder相關的線程都會在binder_proc的threads紅黑樹里留下記錄。binder_thread里最重要的兩個成員變量是 transaction_stack 和 wait.
struct binder_thread {
struct binder_proc *proc;
struct rb_node rb_node; //紅黑樹節點
int pid;
int looper; //
struct binder_transaction *transaction_stack; //transaction棧
struct list_head todo;
uint32_t return_error;
uint32_t return_error2;
wait_queue_head_t wait; //等待隊列，用於阻塞等待
struct binder_stats stats;
};
在binder_proc裏面我們也能看到一個wait 隊列，是不是意味着線程既可以在proc->wait上等待，也可以在thread->wait上等待？binder driver 對此有明確的用法，所有的binder threads (server 端）都等待在proc->wait上。因為對於服務端來說，用哪個thread來響應遠程調用請求都是一樣的。然而所有的ref thread(client端）的返回等待都發生在調用thread的wait 隊列，因為，當某個binder thread 完成服務請求後，他必須喚醒特定的等待返回的線程。但是有一個例外，在雙向調用的情況下，某個Server端的thread將會掛在thread->wait上等待，而不是proc->wait. 舉個例子，假設兩個進程P1 和 P2，各自運行了一個Service， S1，S2， P1 在 thread T1 里調用S2提供的服務，然後在T1->wait里等待返回。S2的服務在P2的binder thread(T2)里執行，執行過程中，S2又調到S1里的某個接口，按理S1 將在P1的binder thread T3里執行， 如果P1接下來又調到了P2，那又會產生新的進程 T4， 如果這個反覆調用棧很深，需要耗費大量的線程，顯然這是非常不高效的設計。所以，binder driver 里做了特殊的處理。當T2 調用 S1的接口函數時，binder driver 會遍歷T2的transaction_stack, 如果發現這是一個雙向調用（binder_transaction->from->proc 等於P1), 便會喚醒正在等待reply的T1，T1 完成這個請求後，繼續等待S2的回復。這樣，只需要最多兩個Thread就可以完成多層的雙向調用。
binder_thread里的transaction_stack 是用鏈表實現的堆棧， 調用線程和服務線程的transaction有着不同的堆棧。下圖是上面這個例子的堆棧情形：
6. binder_ref_death
binder_ref 記錄了從client進程到server進程某個service的引用，binder_ref_death 是binder_ref的一個成員變量，它的不為空說明了client進程想得到這個service的死亡通知（嚴格意義上講，是service所在進程的死亡通知，因為一個進程一個/dev/binder的fd, 只有進程死亡了，driver才會知曉，通過 file_operations->release 接口）。
struct binder_ref_death {
struct binder_work work;
binder_ptr __user cookie;
};
我們可以下面一張時序圖來了解binder death notifycation 的全過程。
7. binder_work
從應用程序角度來看，所有的binder調用都是同步的。但在binder driver 內部，兩個進程間的交互都是異步的，一個進程產生的請求會變成一個binder_work, 並送入目標進程或線程的todo 隊列里，然後喚醒目標進程和線程來完成這個請求，並阻塞等待結果。binder_work的定義如下：
struct binder_work {
struct list_head entry;
enum {
BINDER_WORK_TRANSACTION = 1,
BINDER_WORK_TRANSACTION_COMPLETE,
BINDER_WORK_NODE,
BINDER_WORK_DEAD_BINDER,
BINDER_WORK_DEAD_BINDER_AND_CLEAR,
BINDER_WORK_CLEAR_DEATH_NOTIFICATION,
} type;
};
很簡單，其實只定義了一個鏈表的節點和work的類型。
8. binder_buffer
進程間通信除了命令，還有參數和返回值的交換，要將數據從一個進程的地址空間，傳到另外一個進程的地址空間，通常需要兩次拷貝，進程A -> 內核 -> 進程B。binder_buffer 就是內核里存放交換數據的空間（這些數據是以Parcel的形式存在）。為了提高效率，Android 的 binder 只需要一次拷貝，因為binder 進程通過mmap將內核空間地址映射到用戶空間，從而可以直接訪問binder_buffer的內容而無需一次額外拷貝。binder_buffer由內核在每次發起的binder調用創建，並賦給binder_transaction->buffer. binder driver 根據binder_transaction 生產 transaction_data（包含buffer的指針而非內容）, 並將其複製到用戶空間。
9. flat_binder_obj
前面我們說過，<proc, handle> 可以標識一個BpBinder 對象，而<proc, ptr> 可以標識一個BBinder對象。Binder Driver 會收到來自與BpBinder 和 BBinder的系統調用，它是如何判別它們的身份呢？答案就在flat_binder_obj里，先看看它的定義，
struct flat_binder_object {
unsigned long type; //見下面定義
unsigned long flags;
union {
void *binder; //BBinder，通過它driver可以找到對應的node
signed long handle; //BpBinder，根據它driver可以找到對應的ref
};
void *cookie;
};
enum {
BINDER_TYPE_BINDER = B_PACK_CHARS('s', 'b', '*', B_TYPE_LARGE),
BINDER_TYPE_WEAK_BINDER = B_PACK_CHARS('w', 'b', '*', B_TYPE_LARGE),
BINDER_TYPE_HANDLE = B_PACK_CHARS('s', 'h', '*', B_TYPE_LARGE),
BINDER_TYPE_WEAK_HANDLE = B_PACK_CHARS('w', 'h', '*', B_TYPE_LARGE),
BINDER_TYPE_FD = B_PACK_CHARS('f', 'd', '*', B_TYPE_LARGE),
};
union表明了在Server端和Client端它有着不同的解讀。type則表明了它的身份。binder driver 根據它可以找到BpBinder 和 BBinder 在內核中相對應的對象 (ref 或 node). flat_binder_obj 封裝在parcel里，詳見Parcel.cpp.
至此，binder driver裏面重要的數據結構都介紹完了，大家對binder driver的工作原理也有了大致的了解，這裡再稍作總結：
1. 當一個service向binder driver 註冊時（通過flat_binder_object), driver 會創建一個binder_node, 並掛載到該service所在進程的nodes紅黑樹。
2. 這個service的binder線程在proc->wait 隊列上進入睡眠等待。等待一個binder_work的到來。
3. 客戶端的BpBinder 創建的時候，它在driver內部也產生了一個binder_ref對象，並指向某個binder_node, 在driver內部，將client和server關聯起來。如果它需要或者Service的死亡狀態，則會生成相應的binfer_ref_death.
4. 客戶端通過transact() (對應內核命令BC_TRANSACTION)請求遠端服務，driver通過ref->node的映射，找到service所在進程，生產一個binder_buffer, binder_transaction 和 binder_work 並插入proc->todo隊列，接着喚醒某個睡在proc->wait隊列上的Binder_thread. 與此同時，該客戶端線程在其線程的wait隊列上進入睡眠，等待返回值。
5. 這個binder thread 從proc->todo 隊列中讀出一個binder_transaction, 封裝成transaction_data (命令為 BR_TRANSACTION) 並送到用戶空間。Binder用戶線程喚醒並最終執行對應的on_transact() 函數。
6. Binder用戶線程通過transact() 向內核發送 BC_REPLY命令，driver收到後從其thread->transaction_stack中找到對應的binder_transaction, 從而知道是哪個客戶端線程正在等待這個返回。
7. Driver 生產新的binder_transaction (命令 BR_REPLY), binder_buffer, binder_work, 將其插入應用線程的todo對立，並將該線程喚醒。
8. 客戶端的用戶線程收到回複數據，該Transaction完成。
9. 當service所在進程發生異常退出，driver 的 release函數被調到，在某位內核work_queue 線程里完成該service在內核態的清理工作（thread，buffer，node，work…), 並找到所有引用它的binder_ref, 如果某個binder_ref 有不為空的binder_ref_death, 生成新的binder_work, 送人其線程的todo 對立，喚醒它來執行剩餘工作，用戶端的DeathRecipient 會最終被調用來完成client端的清理工作。
下面這張時序圖描述了上述一個transaction完成的過程。不同的顏色代表不同的線程。注意的是，雖然Kernel和User space 線程的顏色是不一樣的，但所有的系統調用都發生在用戶進程的上下文里（所謂上下文，就是Kernel能通過某種方式找到關聯的進程（通過Kernel的current 宏），並完成進程相關的操作，比如說喚醒某個睡眠的線程，或跟用戶空間交換數據，copy_from, copy_to, 與之相對應的是中斷上下文，其完全異步觸發，因此無法做任何與進程相關的操作，比如說睡眠，鎖等）。
4. Java Binder
Binder 的學習已經接近尾聲了，我們已經研究了Binder Driver, C/C++的實現，就差最後一個部分了，Binder在Java端的實現了。Java端的實現與Native端類似，我們用下面的表格和類圖概括他們的關係
| Native | Java | Note |
| IBinder | IBinder | |
| IInterface | IInterface | |
| IXXX | IXXX | aidl文件定義 |
| BBinder | Binder | 通過JavaBBinder類作為橋樑 |
| BpBinder | BinderProxy | 通過JNI訪問Native的實現 |
| BnInterface | N/A | |
| BpInterface | N/A | |
| BnXXX | Stub | aidl工具自動生成 |
| BpXXX | Proxy | aidl工具自動生成 |
可見，Java較Native端實現簡單很多，通過Aidl工具來實現類似功能。所以，要實現一個Java端的service，只需要做以下幾件事情：
1. 寫一個.aidl文件，裏面用AIDL語言定義一個接口類IXXX。
2.在Android.mk里加入該文件，這樣編譯系統會自動生成一個IXXX.java, 放在out/target/common/obj/JAVA_LIBRARIES/framework_intermediates/src/core 下面。
3. 在服務端，寫一個類，擴展IXXX.Stub，具體實現IXXX的接口函數。
