淺談Android系統程序間通信（IPC）機制Binder中的Server和Client獲得Service Manager接口之路

在前面一篇文章淺談Service Manager成為Android程序間通信（IPC）機制Binder守護程序之路中，介紹了Service Manager是如何成為Binder機制的守護程序的。既然作為守護程序，Service Manager的職責當然就是為Server和Client服務了。那麼，Server和Client如何獲得Service Manager接口，進而享受它提供的服務呢？本文将簡要分析Server和Client獲得Service Manager的過程。

在閱讀本文之前，希望讀者先閱讀Android程序間通信（IPC）機制Binder簡要介紹和學習計劃一文提到的參考資料Android深入淺出之Binder機制，這樣可以加深對本文的了解。

我們知道，Service Manager在Binder機制中既充當守護程序的角色，同時它也充當着Server角色，然而它又與一般的Server不一樣。對于普通的Server來說，Client如果想要獲得Server的遠端接口，那麼必須通過Service Manager遠端接口提供的getService接口來獲得，這本身就是一個使用Binder機制來進行程序間通信的過程。而對于Service Manager這個Server來說，Client如果想要獲得Service Manager遠端接口，卻不必通過程序間通信機制來獲得，因為Service Manager遠端接口是一個特殊的Binder引用，它的引用句柄一定是0。

擷取Service Manager遠端接口的函數是defaultServiceManager，這個函數聲明在frameworks/base/include/binder/IServiceManager.h檔案中：

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sp<IServiceManager> defaultServiceManager();

sp<IServiceManager> defaultServiceManager();

實作在frameworks/base/libs/binder/IServiceManager.cpp檔案中：

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sp<IServiceManager> defaultServiceManager()
{
if (gDefaultServiceManager != NULL) return gDefaultServiceManager;
{
AutoMutex _l(gDefaultServiceManagerLock);
if (gDefaultServiceManager == NULL) {
gDefaultServiceManager = interface_cast<IServiceManager>(
ProcessState::self()->getContextObject(NULL));
}
}
return gDefaultServiceManager;
}

sp<IServiceManager> defaultServiceManager()

{

if (gDefaultServiceManager != NULL) return gDefaultServiceManager;

{

AutoMutex _l(gDefaultServiceManagerLock);

if (gDefaultServiceManager == NULL) {

gDefaultServiceManager = interface_cast<IServiceManager>(

ProcessState::self()->getContextObject(NULL));

}

return gDefaultServiceManager;

} gDefaultServiceManagerLock和gDefaultServiceManager是全局變量，定義在frameworks/base/libs/binder/Static.cpp檔案中：

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Mutex gDefaultServiceManagerLock;
sp<IServiceManager> gDefaultServiceManager;

Mutex gDefaultServiceManagerLock;

sp<IServiceManager> gDefaultServiceManager; 從這個函數可以看出，gDefaultServiceManager是單例模式，調用defaultServiceManager函數時，如果gDefaultServiceManager已經建立，則直接傳回，否則通過interface_cast<IServiceManager>(ProcessState::self()->getContextObject(NULL))來建立一個，并儲存在gDefaultServiceManager全局變量中。

在繼續介紹interface_cast<IServiceManager>(ProcessState::self()->getContextObject(NULL))的實作之前，先來看一個類圖，這能夠幫助我們了解Service Manager遠端接口的建立過程。

淺談Android系統程式間通信（IPC）機制Binder中的Server和Client獲得Service Manager接口之路

參考資料Android深入淺出之Binder機制一文的讀者，應該會比較容易了解這個圖。這個圖表明了，BpServiceManager類繼承了BpInterface<IServiceManager>類，BpInterface是一個模闆類，它定義在frameworks/base/include/binder/IInterface.h檔案中：

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template<typename INTERFACE>
class BpInterface : public INTERFACE, public BpRefBase
{
public:
BpInterface(const sp<IBinder>& remote);
protected:
virtual IBinder* onAsBinder();
};

template<typename INTERFACE>

class BpInterface : public INTERFACE, public BpRefBase

{

public:

BpInterface(const sp<IBinder>& remote);

protected:

virtual IBinder* onAsBinder();

}; IServiceManager類繼承了IInterface類，而IInterface類和BpRefBase類又分别繼承了RefBase類。在BpRefBase類中，有一個成員變量mRemote，它的類型是IBinder*，實作類為BpBinder，它表示一個Binder引用，引用句柄值儲存在BpBinder類的mHandle成員變量中。BpBinder類通過IPCThreadState類來和Binder驅動程式并互，而IPCThreadState又通過它的成員變量mProcess來打開/dev/binder裝置檔案，mProcess成員變量的類型為ProcessState。ProcessState類打開裝置/dev/binder之後，将打開檔案描述符儲存在mDriverFD成員變量中，以供後續使用。

了解了這些概念之後，就可以繼續分析建立Service Manager遠端接口的過程了，最終目的是要建立一個BpServiceManager執行個體，并且傳回它的IServiceManager接口。建立Service Manager遠端接口主要是下面語句：

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gDefaultServiceManager = interface_cast<IServiceManager>(
ProcessState::self()->getContextObject(NULL));

gDefaultServiceManager = interface_cast<IServiceManager>(

ProcessState::self()->getContextObject(NULL)); 看起來簡短，卻暗藏玄機，具體可閱讀 Android深入淺出之Binder機制這篇參考資料，這裡作簡要描述。

首先是調用ProcessState::self函數，self函數是ProcessState的靜态成員函數，它的作用是傳回一個全局唯一的ProcessState執行個體變量，就是單例模式了，這個變量名為gProcess。如果gProcess尚未建立，就會執行建立操作，在ProcessState的構造函數中，會通過open檔案操作函數打開裝置檔案/dev/binder，并且傳回來的裝置檔案描述符儲存在成員變量mDriverFD中。

接着調用gProcess->getContextObject函數來獲得一個句柄值為0的Binder引用，即BpBinder了，于是建立Service Manager遠端接口的語句可以簡化為：

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gDefaultServiceManager = interface_cast<IServiceManager>(new BpBinder(0));

gDefaultServiceManager = interface_cast<IServiceManager>(new BpBinder(0)); 再來看函數interface_cast<IServiceManager>的實作，它是一個模闆函數，定義在framework/base/include/binder/IInterface.h檔案中：

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template<typename INTERFACE>
inline sp<INTERFACE> interface_cast(const sp<IBinder>& obj)
{
return INTERFACE::asInterface(obj);
}

template<typename INTERFACE>

inline sp<INTERFACE> interface_cast(const sp<IBinder>& obj)

{

return INTERFACE::asInterface(obj);

} 這裡的INTERFACE是IServiceManager，于是調用了IServiceManager::asInterface函數。IServiceManager::asInterface是通過DECLARE_META_INTERFACE(ServiceManager)宏在IServiceManager類中聲明的，它位于framework/base/include/binder/IServiceManager.h檔案中：

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DECLARE_META_INTERFACE(ServiceManager);

DECLARE_META_INTERFACE(ServiceManager);

展開即為：

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#define DECLARE_META_INTERFACE(ServiceManager) \
static const android::String16 descriptor; \
static android::sp<IServiceManager> asInterface( \
const android::sp<android::IBinder>& obj); \
virtual const android::String16& getInterfaceDescriptor() const; \
IServiceManager(); \
virtual ~IServiceManager();

#define DECLARE_META_INTERFACE(ServiceManager) \

static const android::String16 descriptor; \

static android::sp<IServiceManager> asInterface( \

const android::sp<android::IBinder>& obj); \

virtual const android::String16& getInterfaceDescriptor() const; \

IServiceManager(); \

virtual ~IServiceManager();

IServiceManager::asInterface的實作是通過IMPLEMENT_META_INTERFACE(ServiceManager, "android.os.IServiceManager")宏定義的，它位于framework/base/libs/binder/IServiceManager.cpp檔案中：

[cpp] view plain copy print ?

IMPLEMENT_META_INTERFACE(ServiceManager, "android.os.IServiceManager");

IMPLEMENT_META_INTERFACE(ServiceManager, "android.os.IServiceManager"); 展開即為：

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#define IMPLEMENT_META_INTERFACE(ServiceManager, "android.os.IServiceManager") \
const android::String16 IServiceManager::descriptor("android.os.IServiceManager"); \
const android::String16& \
IServiceManager::getInterfaceDescriptor() const { \
return IServiceManager::descriptor; \
} \
android::sp<IServiceManager> IServiceManager::asInterface( \
const android::sp<android::IBinder>& obj) \
{ \
android::sp<IServiceManager> intr; \
if (obj != NULL) { \
intr = static_cast<IServiceManager*>( \
obj->queryLocalInterface( \
IServiceManager::descriptor).get()); \
if (intr == NULL) { \
intr = new BpServiceManager(obj); \
} \
} \
return intr; \
} \
IServiceManager::IServiceManager() { } \
IServiceManager::~IServiceManager() { }

#define IMPLEMENT_META_INTERFACE(ServiceManager, "android.os.IServiceManager") \

const android::String16 IServiceManager::descriptor("android.os.IServiceManager"); \

const android::String16& \

IServiceManager::getInterfaceDescriptor() const { \

return IServiceManager::descriptor; \

} \

android::sp<IServiceManager> IServiceManager::asInterface( \

const android::sp<android::IBinder>& obj) \

{ \

android::sp<IServiceManager> intr; \

if (obj != NULL) { \

intr = static_cast<IServiceManager*>( \

obj->queryLocalInterface( \

IServiceManager::descriptor).get()); \

if (intr == NULL) { \

intr = new BpServiceManager(obj); \

} \

return intr; \

} \

IServiceManager::IServiceManager() { } \

IServiceManager::~IServiceManager() { } 估計寫這段代碼的員工是從Microsoft跳槽到Google的。這裡我們關注IServiceManager::asInterface的實作：

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android::sp<IServiceManager> IServiceManager::asInterface(const android::sp<android::IBinder>& obj)
{
android::sp<IServiceManager> intr;
if (obj != NULL) {
intr = static_cast<IServiceManager*>(
obj->queryLocalInterface(IServiceManager::descriptor).get());
if (intr == NULL) {
intr = new BpServiceManager(obj);
}
｝
return intr;
}

android::sp<IServiceManager> IServiceManager::asInterface(const android::sp<android::IBinder>& obj)

{

android::sp<IServiceManager> intr;

if (obj != NULL) {

intr = static_cast<IServiceManager*>(

obj->queryLocalInterface(IServiceManager::descriptor).get());

if (intr == NULL) {

intr = new BpServiceManager(obj);

}

｝

return intr;

} 這裡傳進來的參數obj就則剛才建立的new BpBinder(0)了，BpBinder類中的成員函數queryLocalInterface繼承自基類IBinder，IBinder::queryLocalInterface函數位于framework/base/libs/binder/Binder.cpp檔案中：

[cpp] view plain copy print ?

sp<IInterface> IBinder::queryLocalInterface(const String16& descriptor)
{
return NULL;
}

sp<IInterface> IBinder::queryLocalInterface(const String16& descriptor)

{

return NULL;

} 由此可見，在IServiceManager::asInterface函數中，最終會調用下面語句：

[cpp] view plain copy print ?

intr = new BpServiceManager(obj);

intr = new BpServiceManager(obj); 即為：

[cpp] view plain copy print ?

intr = new BpServiceManager(new BpBinder(0));

intr = new BpServiceManager(new BpBinder(0)); 回到defaultServiceManager函數中，最終結果為：

[cpp] view plain copy print ?

gDefaultServiceManager = new BpServiceManager(new BpBinder(0));

gDefaultServiceManager = new BpServiceManager(new BpBinder(0)); 這樣，Service Manager遠端接口就建立完成了，它本質上是一個BpServiceManager，包含了一個句柄值為0的Binder引用。

在Android系統的Binder機制中，Server和Client拿到這個Service Manager遠端接口之後怎麼用呢？

對Server來說，就是調用IServiceManager::addService這個接口來和Binder驅動程式互動了，即調用BpServiceManager::addService 。而BpServiceManager::addService又會調用通過其基類BpRefBase的成員函數remote獲得原先建立的BpBinder執行個體，接着調用BpBinder::transact成員函數。在BpBinder::transact函數中，又會調用IPCThreadState::transact成員函數，這裡就是最終與Binder驅動程式互動的地方了。回憶一下前面的類圖，IPCThreadState有一個PorcessState類型的成中變量mProcess，而mProcess有一個成員變量mDriverFD，它是裝置檔案/dev/binder的打開檔案描述符，是以，IPCThreadState就相當于間接在擁有了裝置檔案/dev/binder的打開檔案描述符，于是，便可以與Binder驅動程式互動了。

對Client來說，就是調用IServiceManager::getService這個接口來和Binder驅動程式互動了。具體過程上述Server使用Service Manager的方法是一樣的，這裡就不再累述了。

IServiceManager::addService和IServiceManager::getService這兩個函數的具體實作，在下面兩篇文章中，會深入到Binder驅動程式這一層，進行詳細的源代碼分析，以便更好地了解Binder程序間通信機制，敬請關注。

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