Android後臺殺死系列之四：Binder訃告原理

看書的小蝸牛發表於2017-03-20
Android

Binder是一個類似於C/S架構的通訊框架，有時候客戶端可能想知道服務端的狀態，比如服務端如果掛了，客戶端希望能及時的被通知到，而不是等到再起請求服務端的時候才知道，這種場景其實在互為C/S的時候最常用，比如AMS與APP，當APP端程式異常退出的時候，AMS希望能及時知道，不僅僅是清理APP端在AMS中的一些資訊，比如ActivityRecord，ServiceRecord等，有時候可能還需要及時恢復一些自啟動的Service。Binder實現了一套”死亡訃告”的功能，即：服務端掛了，或者正常退出，Binder驅動會向客戶端傳送一份訃告，告訴客戶端Binder服務掛了。

這個“訃告”究竟是如何實現的呢？其作用又是什麼呢？對於Android而言，Binder“訃告”有點採用了類似觀察者模式，因此，首先需要將Observer註冊到目標物件中，其實就是將Client註冊到Binder驅動，將來Binder服務掛掉時候，就能通過驅動去傳送。Binder“訃告”傳送的入口只有一個：在釋放binder裝置的時候，在在作業系統中，無論程式是正常退出還是異常退出，程式所申請的所有資源都會被回收，包括開啟的一些裝置檔案，如Binder字元裝置等。在釋放的時候，就會呼叫相應的release函式，“訃告”也就是在這個時候去傳送的。因此Binder訃告其實就僅僅包括兩部分：註冊與通知。

Binder"訃告"的註冊入口

這裡拿bindService為例子進行分析，其他場景類似，bindService會首先請求AMS去啟動Service，Server端程式在啟動時，會呼叫函式open來開啟裝置檔案/dev/binder，同時將Binder服務實體回傳給AMS，AMS再將Binder實體的引用控制程式碼通過Binder通訊傳遞給Client，也就是在AMS回傳給Client的時候，會向Binder驅動註冊。其實這也比較好理解，獲得了服務端的代理，就應該關心服務端的死活 。當AMS利用IServiceConnection這條binder通訊線路為Client回傳Binder服務實體的時候，InnerConnection就會間接的將死亡回撥註冊到核心：

    private static class InnerConnection extends IServiceConnection.Stub {
        final WeakReference<LoadedApk.ServiceDispatcher> mDispatcher;

        public void connected(ComponentName name, IBinder service) throws RemoteException {
            LoadedApk.ServiceDispatcher sd = mDispatcher.get();
            if (sd != null) {
                sd.connected(name, service);
            }
        }
    }複製程式碼

ServiceDispatcher函式進一步呼叫 doConnected

public void doConnected(ComponentName name, IBinder service) {
    ServiceDispatcher.ConnectionInfo old;
    ServiceDispatcher.ConnectionInfo info;
    synchronized (this) {     
        if (service != null) {
            mDied = false;
            info = new ConnectionInfo();
            info.binder = service;
            info.deathMonitor = new DeathMonitor(name, service);
            try {
            <!-- 關鍵點點1-->
                service.linkToDeath(info.deathMonitor, 0);
            } 
}複製程式碼

看關鍵點點1 ，這裡的IBinder service其實是AMS回傳的服務代理BinderProxy，linkToDeath是一個Native函式，會進一步呼叫BpBinde的linkToDeath：

status_t BpBinder::linkToDeath(
    const sp<DeathRecipient>& recipient, void* cookie, uint32_t flags){
    <!--關鍵點1-->              
                IPCThreadState* self = IPCThreadState::self();
                self->requestDeathNotification(mHandle, this);
                self->flushCommands();

}複製程式碼

最終呼叫IPCThreadState的requestDeathNotification(mHandle, this)向核心傳送BC_REQUEST_DEATH_NOTIFICATION請求：

status_t IPCThreadState::requestDeathNotification(int32_t handle, BpBinder* proxy)
{
    mOut.writeInt32(BC_REQUEST_DEATH_NOTIFICATION);
    mOut.writeInt32((int32_t)handle);
    mOut.writeInt32((int32_t)proxy);
    return NO_ERROR;
}複製程式碼

最後來看一下在核心中，是怎麼登記註冊的：

int
binder_thread_write(struct binder_proc *proc, struct binder_thread *thread,
            void __user *buffer, int size, signed long *consumed)
{
...
case BC_REQUEST_DEATH_NOTIFICATION:
        case BC_CLEAR_DEATH_NOTIFICATION: {
            ...
            ref = binder_get_ref(proc, target);
            if (cmd == BC_REQUEST_DEATH_NOTIFICATION) {
                ...關鍵點1
                death = kzalloc(sizeof(*death), GFP_KERNEL);
                binder_stats.obj_created[BINDER_STAT_DEATH]++;
                INIT_LIST_HEAD(&death->work.entry);
                death->cookie = cookie;
                ref->death = death;
                if (ref->node->proc == NULL) {
                    ref->death->work.type = BINDER_WORK_DEAD_BINDER;
                    if (thread->looper & (BINDER_LOOPER_STATE_REGISTERED | BINDER_LOOPER_STATE_ENTERED)) {
                        list_add_tail(&ref->death->work.entry, &thread->todo);
                    } else {
                        list_add_tail(&ref->death->work.entry, &proc->todo);
                        wake_up_interruptible(&proc->wait);
                    }
                }
            } 
 }複製程式碼

看關鍵點1 ，其實就是為Client新建binder_ref_death物件，並賦值給binder_ref。在binder驅動中，binder_node節點會記錄所有binder_ref，當binder_node所在的程式掛掉後，驅動就能根據這個全域性binder_ref列表找到所有Client的binder_ref，並對於設定了死亡回撥的Client傳送“訃告”，這是因為在binder_get_ref_for_node向Client插入binder_ref的時候，也會插入binder_node的binder_ref列表。

static struct binder_ref *
binder_get_ref_for_node(struct binder_proc *proc, struct binder_node *node)
{
    struct rb_node *n;
    struct rb_node **p = &proc->refs_by_node.rb_node;
    struct rb_node *parent = NULL;
    struct binder_ref *ref, *new_ref;

    if (node) {
        hlist_add_head(&new_ref->node_entry, &node->refs);
        }
    return new_ref;
}複製程式碼

Android後臺殺死系列之四：Binder訃告原理
binder訃告原理.jpg

如此，死亡回撥入口就被註冊到binder核心驅動，之後，等到程式結束要釋放binder的時候，就會觸發死亡回撥。

Android後臺殺死系列之四：Binder訃告原理
死亡訃告的註冊.png

死亡通知的傳送

在呼叫binder_realease函式來釋放相應資源的時候，最終會呼叫binder_deferred_release函式。該函式會遍歷該binder_proc內所有的binder_node節點，並向註冊了死亡回撥的Client傳送訃告，

static void binder_deferred_release(struct binder_proc *proc)
    {         ....
        if (ref->death) {
                death++;
                if (list_empty(&ref->death->work.entry)) {
                    ref->death->work.type = BINDER_WORK_DEAD_BINDER;
                    list_add_tail(&ref->death->work.entry, &ref->proc->todo);
                    // 插入到binder_ref請求程式的binder執行緒等待佇列？？？？？ 天然支援binder通訊嗎？
                    // 什麼時候，需要死亡回撥，自己也是binder服務？
                    wake_up_interruptible(&ref->proc->wait);
                }                 
        ...
 }複製程式碼

死亡訃告被直接傳送到Client端的binder程式todo佇列上，這裡似乎也只對於互為C/S通訊的場景有用，當Client的binder執行緒被喚醒後，就會針對“訃告”做一些清理及善後工作：

static int
binder_thread_read(struct binder_proc *proc, struct binder_thread *thread,
    void  __user *buffer, int size, signed long *consumed, int non_block)
    {
        case BINDER_WORK_DEAD_BINDER:
                case BINDER_WORK_DEAD_BINDER_AND_CLEAR:
                case BINDER_WORK_CLEAR_DEATH_NOTIFICATION: {
                    struct binder_ref_death *death = container_of(w, struct binder_ref_death, work);
                    uint32_t cmd;
                    if (w->type == BINDER_WORK_CLEAR_DEATH_NOTIFICATION)
                        cmd = BR_CLEAR_DEATH_NOTIFICATION_DONE;
                    else
                        cmd = BR_DEAD_BINDER;
                    ...
 }複製程式碼

這裡會向使用者空間寫入一個BR_DEAD_BINDER命令，並返回talkWithDriver函式，返回後，IPCThreadState會繼續執行executeCommand，

status_t IPCThreadState::executeCommand(int32_t cmd)
{
    // 死亡訃告
    case BR_DEAD_BINDER:
        {
            BpBinder *proxy = (BpBinder*)mIn.readInt32();
            <!--關鍵點1 -->
            proxy->sendObituary();
            mOut.writeInt32(BC_DEAD_BINDER_DONE);
            mOut.writeInt32((int32_t)proxy);
        } break;複製程式碼

}

看關鍵點1，Obituary直譯過來就是訃告，其實就是利用BpBinder傳送訃告，待訃告處理結束後，再向Binder驅動傳送確認通知。

void BpBinder::sendObituary()
{
    ALOGV("Sending obituary for proxy %p handle %d, mObitsSent=%s\n",
        this, mHandle, mObitsSent ? "true" : "false");
    mAlive = 0;
    if (mObitsSent) return;
    mLock.lock();
    Vector<Obituary>* obits = mObituaries;
    if(obits != NULL) {
    <!--關鍵點1-->
        IPCThreadState* self = IPCThreadState::self();
        self->clearDeathNotification(mHandle, this);
        self->flushCommands();
        mObituaries = NULL;
    }
    mObitsSent = 1;
    mLock.unlock();
    if (obits != NULL) {
        const size_t N = obits->size();
        for (size_t i=0; i<N; i++) {
            reportOneDeath(obits->itemAt(i));
        }
        delete obits;
    }
}複製程式碼

看關鍵點1，這裡跟註冊相對應，將自己從觀察者列表中清除，之後再上報

void BpBinder::reportOneDeath(const Obituary& obit)
{
    sp<DeathRecipient> recipient = obit.recipient.promote();
    ALOGV("Reporting death to recipient: %p\n", recipient.get());
    if (recipient == NULL) return;

    recipient->binderDied(this);
}複製程式碼

進而呼叫上層DeathRecipient的回撥，做一些清理之類的邏輯。以AMS為例，其binderDied函式就挺複雜，包括了一些資料的清理，甚至還有程式的重建等，不做討論。

Android後臺殺死系列之四：Binder訃告原理
死亡訃告的傳送.png

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