Android通信方式篇（七）-Binder机制（Native层（下））

本篇文章针对向ServiceManager注册服务 和 获取服务两个流程来做总结。在这两个过程中，ServiceManager都扮演的是服务端，与客户端之间的通信也是通过Binder IPC。

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在此之前先了解下Binder的进程与线程的关系：

用户空间 :ProcessState描述一个进程，IPCThreadState对应一个进程中的一个线程。

内核空间 ：binder_proc描述一个进程，统一由binder_procs全局链表保存，binder_thread对应进程的一个线程。

ProcessState与binder_proc是一一对应的。

Binder线程池 ：每个Server进程在启动时会创建一个binder线程池，并向其中注册一个Binder线程；之后Server进程也可以向binder线程池注册新的线程，或者Binder驱动在探测到没有空闲binder线程时会主动向Server进程注册新的的binder线程。对于一个Server进程有一个最大Binder线程数限制15，(#define DEFAULT_MAX_BINDER_THREADS 15)。对于所有Client端进程的binder请求都是交由Server端进程的binder线程来处理的。我的理解是：binder线程是进程进行binder ipc时的一条数据处理路径。

MediaPlayerService向ServiceManager注册过程如下：

相关类：

整个过程总结如下：

1 获取BpServiceManager 与 BpBinder

由defaultServiceManager()返回的是BpServiceManager，同时会创建ProcessState对象和BpBinder对象。然后通过BpBinder执行transact，把真正工作交给IPCThreadState来处理。

2 BpBinder transact

Binder代理类调用transact()方法，真正工作还是交给IPCThreadState来进行transact工作。

3 通过IPCThreadState 包装并转换数据并进行transact事务处理

每个线程都有一个IPCThreadState，每个IPCThreadState中都有一对Parcel变量：mIn、mOut。相当于两根数据管道：

最后执行talkWithDriver。

writeTransactionData：将BC Protocol + binder_transaction_data结构体 写入mOut， 然后执行waitForResponse：

由talkWithDriver将数据进一步封装到binder_write_read结构体，通过ioctl（BINDER_WRITE_READ）与驱动通信。同时等待驱动返回的接收BR命令，从mIn取出返回的数据。

mIn包装的数据结构(注册服务handle = 0 ，code 为ADD_SERVICE_TRANSACTION)：

4 Binder Driver

把binder_write_read结构体write_buffer里数据取出来，分别得到BC命令和封装好数据的事务binder_transaction_data, 然后根据handler，在当前binder_proc中，找到相应的binder_ref，由binder_ref再找到目标binder_node实体，由目标binder_node再找到目标进程binder_proc。然后就是插入数据：当binder驱动可以找到合适的线程，就会把binder_transaction节点插入到servciemanager的线程的todo队列中，如果找不到合适的线程，就把节点之间插入servciemanager的binder_proc的todo队列。

5 ServiceManager

经过Binder Driver的处理，数据已经到了ServiceManager进程，在BR_TRANSACTION的引导下，在binder_loop（）中执行binder_parser（）取出数据，执行do_add_service（）操作，最终向 svcinfo 列表中添加已经注册的服务（没有数据的返回）。最后发送 BR_REPLY 命令唤醒等待的线程，通知注册成功。结束MediaPlayerService进程 waitForResponse()的状态，整个注册过程结束。

获取服务的过程与注册类似，首先 ServiceManager 向 Binder 驱动发送 BC_TRANSACTION 命令携带 CHECK_SERVICE_TRANSACTION 命令，同时获取服务的线程进入等待状态 waitForResponse()。Binder 驱动收到请求命令向 ServiceManager 的发送 BC_TRANSACTION 查询已注册的服务，会区分请求服务所属进程情况。

查询到直接响应 BR_REPLY 唤醒等待的线程。若查询不到将与 binder_procs 链表中的服务进行一次通讯再响应。

以startService为例来简单总结下执行流程：

3.1 从方法执行流程来看：

Client ：

1 AMP.startService 标记方法以及通过Parcel包装数据；

2 BinderProxy.transact 实际调用native的 android_os_BinderProxy_transact 传递数据；

3 获取BpServiceManager 与 BpBinder 同时会创建ProcessState。然后通过BpBinder执行transact，把真正工作交给IPCThreadState来处理；

4 IPC.transact 主要执行writeTransactionData，将上层传来的数据重新包装成binder_transaction_data，并将BC Protocol + binder_transaction_data结构体 写入mOut；

5 IPC waitForResponse talkWithDriver + 等待返回数据；

6 talkWithDriver 将数据进一步封装成binder_write_read，通过ioctl（BINDER_WRITE_READ）与驱动通信；

Kernel :

7 binder ioctl 接收BINDER_WRITE_READ ioctl命令；

8 binder_ioctl_write_read 把用户空间数据ubuf拷贝到内核空间bwr；

9 binder_thread_write 当bwr写缓存有数据，则执行binder_thread_write；当写失败则将bwr数据写回用户空间并退出；

10 binder_transaction 找到目标进程binder_proc并插入数据到目标进程的线程todo队列，最终执行到它

时，将发起端数据拷贝到接收端进程的buffer结构体；

11 binder_thread_read 根据binder_transaction结构体和binder_buffer结构体数据生成新的binder_transaction_data结构体，写入bwr的read_buffer，当bwr读缓存有数据，则执行binder_thread_read；当读失败则再将bwr数据写回用户空间并退出；最后，把内核数据bwr拷贝到用户空间ubuf。

12 binder_thread_write + binder_ioctl BR命令和数据传递

Server:

13 IPC.executeCommand 解析kernel传过来的binder_transaction_data数据，找到目标BBinder并调用其transact()方法;

14 IPC.joinThreadPool 采用循环不断地执行getAndExecuteCommand()方法, 处理事务。当bwr的读写buffer都没有数据时,则阻塞在binder_thread_read的wait_event过程. 另外,正常情况下binder线程一旦创建则不会退出.

15 BBinder.transact 到Binder.exeTransact 调用 AMN.onTransact

16 AMN.onTransact 把数据传递到AMS.starService去执行

17 AMS.starService Server处理了Client的请求了

然后原路replay回去，talkWithDriver 到Kernel ，然后找到Client进程，把数据拷贝到read_buffer里，最终唤醒IPC，把反馈传递回AMP.startService。完成启动服务。

3.2 从通信协议流程来看：

非oneWay:

oneway:

oneway与非oneway区别: 都是需要等待Binder Driver的回应消息BR_TRANSACTION_COMPLETE. 主要区别在于oneway的通信收到BR_TRANSACTION_COMPLETE则返回,而不会再等待BR_REPLY消息的到来. 另外，oneway的binder IPC则接收端无法获取对方的pid.

3.3 从数据流来看

从用户空间开始：

进入驱动后：

回到用户空间：

参考：

Android网络请求知识（三）授权，TCP/IP，HTTPS建立过程

由身份或持有的令牌确认享有的权限，登录过程实质上的目的也是为了确认权限。

Cookie是客户端给服务器用的，setCookie是服务器给客户端用的。cookie由服务器处理，客户端负责存储

客户端发送cookie：账户和密码

服务端收到后确认登录setCookie：sessionID=1，记下sessionID

客户端收到sessionID后记录，以后请求服务端带上对比记录下sessionID，说明已经登录

会话管理：登录状态，购物车

个性化：用户偏好，主题

Tracking：分析用户行为

XXS：跨脚本攻击，及使用JavaScript拿到浏览器的cookie之后，发送到自己的网站，以这种方式来盗用用户Cookie。Server在发送Cookie时，敏感的Cookie加上HttpOnly，这样Cookie只能用于http请求，不能被JavaScript调用

XSRF:跨站请求伪造。Referer 从哪个网站跳转过来

两种方式：Basic和Bearer

首先第三方网站向授权网站申请第三方授权合作，拿到授权方颁发的client_id和client_secret（一般都是appid+appkey的方式）。

在这就过程中申请的client_secret是服务器持有的，安全起见不能给客户端，用服务端去和授权方获取用户信息，再传给客户端，包括④，⑤的请求过程也是需要加密的。这才是标准的授权过程。

有了access_token之后，就可以向授权方发送请求来获取用户信息

步骤分析就是上面的内容，这里把第4,6,8请求的参数分析一下

第④步参数：

response_type：指授权类型，必选，这里填固定值‘code’

client_id：指客户端id，必选，这里填在平台报备时获取的appid

redirect_uri：指重定向URI，可选

scope：指申请的权限范围，可选

state：指客户端当前状态，可选，若填了，则认证服务器会原样返回该值

第⑥步参数：

grant_type：指使用哪种授权模式，必选，这里填固定值‘authorization_code’

code：指从第⑤步获取的code，必选

redirect_uri：指重定向URI，必选，这个值需要和第④步中的redirect_uri保持一致

client_id：指客户端id，必选，这里填在平台报备时获取的appid

client_secret：指客户端密钥，必选，这里填在平台报备时获取的appkey

第⑧步参数：

access_token：指访问令牌，必选，这里填第⑦步获取的access_token

token_type：指令牌类型，必选，大小写不敏感，bearer类型 / mac类型

expires_in：指过期时间，单位秒，当其他地方已设置过期时间，此处可省略该参数

refresh_token：指更新令牌，可选，用即将过期token换取新token

scope：指权限范围，可选，第④步中若已申请过某权限，此处可省略该参数

我们在上面的第八步中会有refresh_token的参数，这个在实际操作中也比较常见

有时候我们在自己的项目中，将登陆和授权设计成类似OAuth2的过程，不过去掉Authorization code。登陆成功返回access_token，然后客户端再请求时，带上access_token。

我们常常会说到TCP/IP，那到底是什么呢。这就需要讲到网络分层模型。TCP在传输层，IP在网络层。那为什么需要分层？因为网络不稳定，导致需要重传的问题。为了提高传输效率我们就需要分块，在传输层中就会进行分块。TCP还有两个重要的内容就是三次握手，四次分手。

HTTPS 协议是由 HTTP 加上TLS/SSL协议构建的可进行加密传输、身份认证的网络协议，主要通过数字证书、加密算法、非对称密钥等技术完成互联网数据传输加密，实现互联网传输安全保护

1.客户端通过发送Client Hello报文开始SSL通信。报文中包含客户端支持的SSL的指定版本、加密组件列表（所使用的加密算法及密钥长度），客户端随机数，hash算法。

2.服务器可进行SSL通信时，会以Server Hello报文作为应答。和客户端一样，在报文中包含SSL版本以及加密组件，服务端随机数。服务器的加密组件内容是从接收到客户端加密组件内筛选出来的。

3.之后服务器发送Certificate报文。报文中包含公开密钥证书。一般实际有三层证书嵌套，其实像下面图二直接用根证书机构签名也是可以的，但是一般根证书机构比较忙，需要类似中介的证书机构来帮助。

4.最后服务器发送Server Hello Done报文通知客户端，最初阶段的SSL握手协商部分结束。

5.SSL第一次握手结束后，客户端以Client Key Exchange报文作为回应。报文中包含通信加密中使用的一种被称为Pre-master secret的随机密码串。该报文已用步骤3中的公开密钥进行加密。

6.接着客户端继续发送Change Cipher Spec报文。该报文会提示服务器，在此报文之后的通信会采用Pre-master secret密钥加密。

7.客户端发送Finished报文。该报文包含连接至今全部报文的整体校验值。这次握手协商是否能够成功，要以服务器是否能够正确解密报文作为判定标准。

8.服务器同样发送Change Cipher Spec报文。

9.服务器同样发送Finished报文。

10.服务器和客户端的Finished报文交换完毕之后，SSL连接就算建立完成。当然，通信会受到SSL的保护。从此处开始进行应用层协议的通信，即发送HTTP响应。

11.应用层协议通信，即发送HTTP响应。

12.最后由客户端断开连接。断开连接时，发送close_notify报文。这步之后再发送TCP FIN报文来关闭与TCP的通信。

利用客户端随机数，服务端随机数，per-master secret随机数生成master secret，再生成客户端加密密钥，服务端加密密钥，客户端MAC secert，服务端MAC secert。MAC secert用于做报文摘要，这样能够查知报文是否遭到篡改，从而保护报文的完整性。

Android网络请求知识（一）HTTP基础概念

Android网络请求知识（二）对称和非对称加密、数字签名，Hash，Base64编码

Android网络请求知识（三）授权，TCP/IP，HTTPS建立过程

Android socket通信协议的封装和解析

android socket通信协议的封装和解析，其实是和java一样的，都是通过http中的相关知识来封装和解析，主要是通过多次握手，如下代码：

import java.io.BufferedReader;

import java.io.BufferedWriter;

import java.io.IOException;

import java.io.InputStreamReader;

import java.io.OutputStreamWriter;

import java.io.PrintWriter;

import java.net.ServerSocket;

import java.net.Socket;

import java.util.ArrayList;

import java.util.List;

import java.util.concurrent.ExecutorService;

import java.util.concurrent.Executors;

public class Main {

private static final int PORT = 9999;

private ListSocket mList = new ArrayListSocket();

private ServerSocket server = null;

private ExecutorService mExecutorService = null; //thread pool

public static void main(String[] args) {

new Main();

}

public Main() {

try {

server = new ServerSocket(PORT);

mExecutorService = Executors.newCachedThreadPool();  //create a thread pool

System.out.println("服务器已启动...");

Socket client = null;

while(true) {

client = server.accept();

//把客户端放入客户端集合中

mList.add(client);

mExecutorService.execute(new Service(client)); //start a new thread to handle the connection

}

}catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

}

class Service implements Runnable {

private Socket socket;

private BufferedReader in = null;

private String msg = "";

public Service(Socket socket) {

this.socket = socket;

try {

in = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));

//客户端只要一连到服务器，便向客户端发送下面的信息。

msg = "服务器地址：" +this.socket.getInetAddress() + "come toal:"

+mList.size()+"（服务器发送）";

this.sendmsg();

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

}

}

@Override

public void run() {

try {

while(true) {

if((msg = in.readLine())!= null) {

//当客户端发送的信息为：exit时，关闭连接

if(msg.equals("exit")) {

System.out.println("ssssssss");

mList.remove(socket);

in.close();

msg = "user:" + socket.getInetAddress()

+ "exit total:" + mList.size();

socket.close();

this.sendmsg();

break;

//接收客户端发过来的信息msg，然后发送给客户端。

} else {

msg = socket.getInetAddress() + ":" + msg+"（服务器发送）";

this.sendmsg();

}

}

}

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

}

/**

* 循环遍历客户端集合，给每个客户端都发送信息。

*/

public void sendmsg() {

System.out.println(msg);

int num =mList.size();

for (int index = 0; index  num; index ++) {

Socket mSocket = mList.get(index);

PrintWriter pout = null;

try {

pout = new PrintWriter(new BufferedWriter(

new OutputStreamWriter(mSocket.getOutputStream())),true);

pout.println(msg);

}catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

}

}

}

}    

}

新闻标题：android通信协议,Android通信
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