Android跨進(jìn)程通信

本文整理和引用他人的筆記，旨在個(gè)人復(fù)習(xí)使用。

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參考鏈接：

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默認(rèn)情況下，一個(gè)app只會(huì)運(yùn)行在一個(gè)進(jìn)程中，進(jìn)程名為app的包名。

1. 分散內(nèi)存的占用

Android系統(tǒng)對(duì)每個(gè)應(yīng)用進(jìn)程的內(nèi)存占用是有限制的，占用內(nèi)存越大的進(jìn)程，被系統(tǒng)殺死的可能性就越大。使用多進(jìn)程可以減少主進(jìn)程占用的內(nèi)存，避免OOM問(wèn)題，降低被系統(tǒng)殺死的概率。

2. 實(shí)現(xiàn)多模塊

一個(gè)成熟的應(yīng)用一定是多模塊化的。項(xiàng)目解耦，模塊化，意味著開(kāi)辟新的進(jìn)程，有獨(dú)立的JVM，帶來(lái)數(shù)據(jù)解耦。模塊之間互不干預(yù)，團(tuán)隊(duì)并行開(kāi)發(fā)，同時(shí)責(zé)任分工也很明確。

3. 降低程序奔潰率

子進(jìn)程崩潰不會(huì)影響主進(jìn)程的運(yùn)行，能降低程序的崩潰率。

4. 實(shí)現(xiàn)一些特殊功能

比如可以實(shí)現(xiàn)推送進(jìn)程，使得主進(jìn)程退出后，能離線完成消息推送服務(wù)。還可以實(shí)現(xiàn)守護(hù)進(jìn)程，來(lái)喚醒主進(jìn)程達(dá)到?；钅康摹＿€可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控進(jìn)程專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)上報(bào)bug，進(jìn)而提升用戶(hù)體驗(yàn)。

android:process 屬性的值以冒號(hào)開(kāi)頭的就是 私有進(jìn)程 ，否則就是 公有進(jìn)程 。當(dāng)然命名還需要符合規(guī)范，不能以數(shù)字開(kāi)頭等等。

1. 前臺(tái)進(jìn)程

2. 可見(jiàn)進(jìn)程

3. 服務(wù)進(jìn)程

4. 后臺(tái)進(jìn)程

5. 空進(jìn)程

Android 會(huì)將進(jìn)程評(píng)定為它可能達(dá)到的最高級(jí)別。另外服務(wù)于另一進(jìn)程的進(jìn)程其級(jí)別永遠(yuǎn)不會(huì)低于其所服務(wù)的進(jìn)程。

創(chuàng)建新的進(jìn)程時(shí)會(huì)創(chuàng)建新的Application對(duì)象，而我們通常在Application的onCreate方法中只是完成一些全局的初始化操作，不需要多次執(zhí)行。

解決思路：獲取當(dāng)前進(jìn)程名，判斷是否為主進(jìn)程，只有主進(jìn)程的時(shí)候才執(zhí)行初始化操作

獲取當(dāng)前進(jìn)程名的兩種方法：

Application中判斷是否是主進(jìn)程（方法1例子）：

Serializable 和 Parcelable是數(shù)據(jù)序列化的兩種方式，Android中只有進(jìn)行序列化過(guò)后的對(duì)象才能通過(guò)intent和Binder傳遞。

通常序列化后的對(duì)象完成傳輸后，通過(guò)反序列化獲得的是一個(gè)新對(duì)象，而不是原來(lái)的對(duì)象。

Serializable是java接口，位于java.io的路徑下。Serializable的原理就是把Java對(duì)象序列化為二進(jìn)制文件后進(jìn)行傳遞。Serializable使用起來(lái)非常簡(jiǎn)單，只需直接實(shí)現(xiàn)該接口就可以了。

Parcelable是Google為了解決Serializable效率低下的問(wèn)題，為Android特意設(shè)計(jì)的一個(gè)接口。Parcelable的原理是將一個(gè)對(duì)象完全分解，分解成可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類(lèi)型（如基本數(shù)據(jù)類(lèi)型）再進(jìn)行傳遞。

通常需要存到本地磁盤(pán)的數(shù)據(jù)就使用Serializable，其他情況就使用效率更高的Parcelable。

IPC 即 Inter-Process Communication (進(jìn)程間通信)。Android 基于 Linux，而 Linux 出于安全考慮，不同進(jìn)程間不能之間操作對(duì)方的數(shù)據(jù)，這叫做“進(jìn)程隔離”。

每個(gè)進(jìn)程的虛擬內(nèi)存空間（進(jìn)程空間）又被分為了 用戶(hù)空間和內(nèi)核空間 ， 進(jìn)程只能訪問(wèn)自身用戶(hù)空間，只有操作系統(tǒng)能訪問(wèn)內(nèi)核空間。

由于進(jìn)程只能訪問(wèn)自身用戶(hù)空間，因此在傳統(tǒng)的IPC中，發(fā)送進(jìn)程需要通過(guò)copy_from_user（系統(tǒng)調(diào)用）將數(shù)據(jù)從自身用戶(hù)空間拷貝到內(nèi)核空間，再由接受進(jìn)程通過(guò)copy_to_user從內(nèi)核空間復(fù)拷貝到自身用戶(hù)空間，共需要拷貝2次，效率十分低下。Android采用的是Binder作為IPC的機(jī)制，只需復(fù)制一次。

Binder翻譯過(guò)來(lái)是粘合劑，是進(jìn)程之間的粘合劑。

Binder IPC通信的底層原理是 通過(guò)內(nèi)存映射（mmap），將接收進(jìn)程的用戶(hù)空間映射到內(nèi)核空間 ，有了這個(gè)映射關(guān)系，接收進(jìn)程就能通過(guò)用戶(hù)空間的地址獲得內(nèi)核空間的數(shù)據(jù)，這樣只需發(fā)送進(jìn)程將數(shù)據(jù)拷貝到內(nèi)核空間就可完成通訊。

一次完整的Binder IPC通信：

從IPC的角度看，Binder是一種跨進(jìn)程通信機(jī)制（一種模型），Binder 是基于 C/S 架構(gòu)的，這個(gè)通信機(jī)制中主要涉及四個(gè)角色：Client、Server、ServiceManager和Binder驅(qū)動(dòng)。

Client、Server、ServiceManager都是運(yùn)行在用戶(hù)空間的進(jìn)程，他們通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用（open、mmap 和 ioctl）來(lái)訪問(wèn)設(shè)備文件/dev/binder，從而實(shí)現(xiàn)與Binder驅(qū)動(dòng)的交互。Binder驅(qū)動(dòng)提供進(jìn)程間通信的能力（負(fù)責(zé)完成一些底層操作，比如開(kāi)辟數(shù)據(jù)接受緩存區(qū)等），是Client、Server和ServiceManager之間的橋梁。

Client、Server就是需要進(jìn)行通信兩個(gè)的進(jìn)程，通信流程：

細(xì)心的你一定發(fā)現(xiàn)了，注冊(cè)服務(wù)和獲得服務(wù)本身就是和ServiceManager進(jìn)行跨進(jìn)程通信。其實(shí)和ServiceManager的通信的過(guò)程也是獲取Binder對(duì)象（早已創(chuàng)建在Binder驅(qū)動(dòng)中，攜帶了注冊(cè)和查詢(xún)服務(wù)等接口方法）來(lái)使用，所有需要和ServiceManager通信的進(jìn)程，只需通過(guò)0號(hào)引用，就可以獲得這個(gè)Binder對(duì)象了。

AIDL內(nèi)部原理就是基于Binder的，可以借此來(lái)分析Binder的使用。

AIDL是接口定義語(yǔ)言，簡(jiǎn)短的幾句話就能定義好一個(gè)復(fù)雜的、內(nèi)部有一定功能的java接口。

先看看ICallBack.aidl文件，這里定義了一個(gè)接口，表示了服務(wù)端提供的功能。

被定義出來(lái)的java接口繼承了IInterface接口，并且內(nèi)部提供了一個(gè)Stub抽象類(lèi)給服務(wù)端（相當(dāng)于封裝了一下，服務(wù)端只需繼承這個(gè)類(lèi)，然后完成功能的里面具體的實(shí)現(xiàn)）。

參考：

（以下是添加了回調(diào)的最終實(shí)現(xiàn)，可以看參考鏈接一步一步來(lái)）

為需要使用的類(lèi)，創(chuàng)建aidl文件。

系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)在main文件下生成aidl文件夾，并在該文件夾下創(chuàng)建相應(yīng)目錄。

在java相同路徑下創(chuàng)建Student類(lèi)，這里不能使用@Parcelize注解，否則會(huì)報(bào)錯(cuò)

創(chuàng)建IStudentService.aidl，定義了一個(gè)接口，該接口定義了服務(wù)端提供的功能。創(chuàng)建完后rebuild一下項(xiàng)目 （每次創(chuàng)建和修改定義接口文件都要rebuild一下）

創(chuàng)建在服務(wù)端的StudentService

可以看見(jiàn)有回調(diào)，說(shuō)明客戶(hù)端也提供了接口給服務(wù)端來(lái)回調(diào)（雙向通信，此時(shí)客戶(hù)端的變成了服務(wù)端），即ICallBack.aidl

客戶(hù)端是通過(guò)Binder驅(qū)動(dòng)返回的Binder調(diào)用StudentService里的具體實(shí)現(xiàn)方法

AIDL使用注意：

Messenger可以在不同進(jìn)程中傳遞 Message 對(duì)象，在Message中放入我們需要傳遞的數(shù)據(jù)，就可以輕松地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的進(jìn)程間傳遞了。Messenger 是一種輕量級(jí)的 IPC 方案，是對(duì)AIDL的封裝，底層實(shí)現(xiàn)是 AIDL。

使用詳見(jiàn)：

Android中mmap原理及應(yīng)用簡(jiǎn)析

mmap是Linux中常用的系統(tǒng)調(diào)用API，用途廣泛，Android中也有不少地方用到，比如匿名共享內(nèi)存，Binder機(jī)制等。本文簡(jiǎn)單記錄下Android中mmap調(diào)用流程及原理。mmap函數(shù)原型如下：

幾個(gè)重要參數(shù)

返回值是void *類(lèi)型，分配成功后，被映射成虛擬內(nèi)存地址。

mmap屬于系統(tǒng)調(diào)用，用戶(hù)控件間接通過(guò)swi指令觸發(fā)軟中斷，進(jìn)入內(nèi)核態(tài)（各種環(huán)境的切換），進(jìn)入內(nèi)核態(tài)之后，便可以調(diào)用內(nèi)核函數(shù)進(jìn)行處理。 mmap-mmap64-__mmap2-sys_mmap2- sys_mmap_pgoff -do_mmap_pgoff

而 __NR_mmap在系統(tǒng)函數(shù)調(diào)用表中對(duì)應(yīng)的減值如下：

通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用，執(zhí)行swi軟中斷，進(jìn)入內(nèi)核態(tài)，最終映射到call.S中的內(nèi)核函數(shù)：sys_mmap2

進(jìn)而調(diào)用do_mmap_pgoff：

get_unmapped_area用于為用戶(hù)空間找一塊內(nèi)存區(qū)域，

current-mm-get_unmapped_area一般被賦值為arch_get_unmapped_area_topdown，

先找到合適的虛擬內(nèi)存（用戶(hù)空間），幾經(jīng)周轉(zhuǎn)后，調(diào)用相應(yīng)文件或者設(shè)備驅(qū)動(dòng)中的mmap函數(shù)，完成該設(shè)備文件的mmap，至于如何處理處理虛擬空間，要看每個(gè)文件的自己的操作了。

這里有個(gè)很關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)體

它是文件驅(qū)動(dòng)操作的入口，在open的時(shí)候，完成file_operations的綁定，open流程跟mmap類(lèi)似

先通過(guò)get_unused_fd_flags獲取個(gè)未使用的fd，再通過(guò)do_file_open完成file結(jié)構(gòu)體的創(chuàng)建及初始化，最后通過(guò)fd_install完成fd與file的綁定。

重點(diǎn)看下path_openat：

拿Binder設(shè)備文件為例子，在注冊(cè)該設(shè)備驅(qū)動(dòng)的時(shí)候，對(duì)應(yīng)的file_operations已經(jīng)注冊(cè)好了，

open的時(shí)候，只需要根根inode節(jié)點(diǎn)，獲取到file_operations既可，并且，在open成功后，要回調(diào)file_operations中的open函數(shù)

open后，就可以利用fd找到file，之后利用file中的file_operations *f_op調(diào)用相應(yīng)驅(qū)動(dòng)函數(shù)，接著看mmap。

Binder機(jī)制中mmap的最大特點(diǎn)是一次拷貝即可完成進(jìn)程間通信 。Android應(yīng)用在進(jìn)程啟動(dòng)之初會(huì)創(chuàng)建一個(gè)單例的ProcessState對(duì)象，其構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行時(shí)會(huì)同時(shí)完成binder mmap，為進(jìn)程分配一塊內(nèi)存，專(zhuān)門(mén)用于Binder通信，如下。

第一個(gè)參數(shù)是分配地址，為0意味著讓系統(tǒng)自動(dòng)分配，流程跟之前分子類(lèi)似，先在用戶(hù)空間找到一塊合適的虛擬內(nèi)存，之后，在內(nèi)核空間也找到一塊合適的虛擬內(nèi)存，修改兩個(gè)控件的頁(yè)表，使得兩者映射到同一塊物力內(nèi)存。

Linux的內(nèi)存分用戶(hù)空間跟內(nèi)核空間，同時(shí)頁(yè)表有也分兩類(lèi)，用戶(hù)空間頁(yè)表跟內(nèi)核空間頁(yè)表，每個(gè)進(jìn)程有一個(gè)用戶(hù)空間頁(yè)表，但是系統(tǒng)只有一個(gè)內(nèi)核空間頁(yè)表。而B(niǎo)inder mmap的關(guān)鍵是：也更新用戶(hù)空間對(duì)應(yīng)的頁(yè)表的同時(shí)也同步映射內(nèi)核頁(yè)表，讓兩個(gè)頁(yè)表都指向同一塊地址，這樣一來(lái)，數(shù)據(jù)只需要從A進(jìn)程的用戶(hù)空間，直接拷貝拷貝到B所對(duì)應(yīng)的內(nèi)核空間，而B(niǎo)多對(duì)應(yīng)的內(nèi)核空間在B進(jìn)程的用戶(hù)空間也有相應(yīng)的映射，這樣就無(wú)需從內(nèi)核拷貝到用戶(hù)空間了。

binder_update_page_range完成了內(nèi)存分配、頁(yè)表修改等關(guān)鍵操作：

可以看到，binder一次拷貝的關(guān)鍵是，完成內(nèi)存的時(shí)候，同時(shí)完成了內(nèi)核空間跟用戶(hù)空間的映射，也就是說(shuō)，同一份物理內(nèi)存，既可以在用戶(hù)空間，用虛擬地址訪問(wèn)，也可以在內(nèi)核空間用虛擬地址訪問(wèn)。

普通文件的訪問(wèn)方式有兩種：第一種是通過(guò)read/write系統(tǒng)調(diào)訪問(wèn)，先在用戶(hù)空間分配一段buffer，然后，進(jìn)入內(nèi)核，將內(nèi)容從磁盤(pán)讀取到內(nèi)核緩沖，最后，拷貝到用戶(hù)進(jìn)程空間，至少牽扯到兩次數(shù)據(jù)拷貝；同時(shí)，多個(gè)進(jìn)程同時(shí)訪問(wèn)一個(gè)文件，每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)副本，存在資源浪費(fèi)的問(wèn)題。

另一種是通過(guò)mmap來(lái)訪問(wèn)文件，mmap()將文件直接映射到用戶(hù)空間，文件在mmap的時(shí)候，內(nèi)存并未真正分配，只有在第一次讀取/寫(xiě)入的時(shí)候才會(huì)觸發(fā)，這個(gè)時(shí)候，會(huì)引發(fā)缺頁(yè)中斷，在處理缺頁(yè)中斷的時(shí)候，完成內(nèi)存也分配，同時(shí)也完成文件數(shù)據(jù)的拷貝。并且，修改用戶(hù)空間對(duì)應(yīng)的頁(yè)表，完成到物理內(nèi)存到用戶(hù)空間的映射，這種方式只存在一次數(shù)據(jù)拷貝，效率更高。同時(shí)多進(jìn)程間通過(guò)mmap共享文件數(shù)據(jù)的時(shí)候，僅需要一塊物理內(nèi)存就夠了。

安卓系統(tǒng)調(diào)用disksgio

安卓系統(tǒng)調(diào)用disksgio是采用的是LRU算法，通過(guò)LRU算法對(duì)緩存進(jìn)行管理，以最近最少使用作為管理的依據(jù)，刪除最近最少使用的數(shù)據(jù)，保留最近最常用的數(shù)據(jù)。