进程的Binde线程池工作过程

一. 概述

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Android系统启动完成后，ActivityManager, PackageManager等各大服务都运行在system_server进程，app应用需要使用系统服务都是通过binder来完成进程之间的通信，那对于binder线程是如何管理的呢，又是如何创建的呢?其实无论是system_server进程，还是app进程，都是在进程fork完成后，便会在新进程中执行onZygoteInit()的过程中，启动binder线程池。接下来，就以此为起点展开从线程的视角来看看binder的世界。

二. Binder线程创建

Binder线程创建与其所在进程的创建中产生，Java层进程的创建都是通过Process.start()方法，向Zygote进程发出创建进程的socket消息，Zygote收到消息后会调用Zygote.forkAndSpecialize()来fork出新进程，在新进程中会调用到RuntimeInit.nativeZygoteInit方法，该方法经过jni映射，最终会调用到app_main.cpp中的onZygoteInit，那么接下来从这个方法说起。

1. onZygoteInit

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. [-> app_main.cpp] 
    2.

ProcessState::self()是单例模式，主要工作是调用open()打开/dev/binder驱动设备，再利用mmap()映射内核的地址空间，将Binder驱动的fd赋值ProcessState对象中的变量mDriverFD，用于交互操作。startThreadPool()是创建一个新的binder线程，不断进行talkWithDriver()。

2. PS.startThreadPool

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. [-> ProcessState.cpp] 
    2.

启动Binder线程池后, 则设置mThreadPoolStarted=true. 通过变量mThreadPoolStarted来保证每个应用进程只允许启动一个binder线程池, 且本次创建的是binder主线程(isMain=true). 其余binder线程池中的线程都是由Binder驱动来控制创建的。

3. PS.spawnPooledThread

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. [-> ProcessState.cpp] 
    2.

(1) makeBinderThreadName

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. [-> ProcessState.cpp] 
    2.

获取Binder线程名，格式为Binder_x, 其中x为整数。每个进程中的binder编码是从1开始，依次递增; 只有通过spawnPooledThread方法来创建的线程才符合这个格式，对于直接将当前线程通过joinThreadPool加入线程池的线程名则不符合这个命名规则。 另外,目前Android N中Binder命令已改为Binder:_x格式, 则对于分析问题很有帮忙.

(2) PoolThread.run

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. [-> ProcessState.cpp] 
    2.

从函数名看起来是创建线程池，其实就只是创建一个线程，该PoolThread继承Thread类。t->run()方法最终调用 PoolThread的threadLoop()方法。

4. IPC.joinThreadPool

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. [-> IPCThreadState.cpp] 
    2.

  • 对于isMain=true的情况下， command为BC_ENTER_LOOPER，代表的是Binder主线程，不会退出的线程;
  • 对于isMain=false的情况下，command为BC_REGISTER_LOOPER，表示是由binder驱动创建的线程。

5. processPendingDerefs

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. [-> IPCThreadState.cpp] 
    2.

6. getAndExecuteCommand

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. [-> IPCThreadState.cpp] 
    2.

7. talkWithDriver

在这里调用的isMain=true，也就是向mOut例如写入的便是BC_ENTER_LOOPER. 经过talkWithDriver(), 接下来程序往哪进行呢?从binder_thread_write()往下说BC_ENTER_LOOPER的处理过程。

(1) binder_thread_write

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. [-> binder.c] 
    2.

当发生以下3种情况之一，便会进入done：

  • 当前线程的return_error发生错误的情况;
  • 当Binder驱动向客户端发送死亡通知的情况;
  • 当类型为BINDER_WORK_TRANSACTION(即收到命令是BC_TRANSACTION或BC_REPLY)的情况;

任何一个Binder线程当同时满足以下条件，则会生成用于创建新线程的BR_SPAWN_LOOPER命令：

  • 当前进程中没有请求创建binder线程，即requested_threads = 0;
  • 当前进程没有空闲可用的binder线程，即ready_threads = 0;(线程进入休眠状态的个数就是空闲线程数)
  • 当前进程已启动线程个数小于***上限(默认15);
  • 当前线程已接收到BC_ENTER_LOOPER或者BC_REGISTER_LOOPER命令，即当前处于BINDER_LOOPER_STATE_REGISTERED或者BINDER_LOOPER_STATE_ENTERED状态。【小节2.6】已设置状态为BINDER_LOOPER_STATE_ENTERED，显然这条件是满足的。

从system_server的binder线程一直的执行流：IPC.joinThreadPool - > IPC.getAndExecuteCommand() - > IPC.talkWithDriver()，但talkWithDriver收到事务之后，便进入IPC.executeCommand()，接下来，从executeCommand说起。

8. IPC.executeCommand

Binder主线程的创建是在其所在的进程创建的过程一起创建的，后面再创建的普通binder线程是由spawnPooledThread(false)方法所创建的。

9. 思考

默认地，每个进程的binder线程池的线程个数上限为15，该上限不统计通过BC_ENTER_LOOPER命令创建的binder主线程，只计算BC_REGISTER_LOOPER命令创建的线程对此，或者很多人不理解，例栗子：某个进程的主线程执行如下方法，那么该进程可创建的binder线程个数上限是多少呢?

首先线程池的binder线程个数上限为6个，通过startThreadPool()创建的主线程不在***线程上限，***一句是将当前线程成为binder线程，所以说可创建的binder线程个数上限为8 ，如果还不理解，建议再多看看这几个方案的源码，多思考整个binder架构。

三、总结

Binder设计架构中，只有***个Binder主线程(也就是Binder_1线程)是由应用程序主动创建，Binder线程池的普通线程都是由Binder驱动根据IPC通信需求创建，Binder线程的创建流程图：

每次由Zygote fork出新进程的过程中，伴随着创建binder线程池，调用spawnPooledThread来创建binder主线程。当线程执行binder_thread_read的过程中，发现当前没有空闲线程，没有请求创建线程，且没有达到上限，则创建新的binder线程。

1. Binder的交易有3种类型：

  • 调用：发起进程的线程不一定是在Binder线程，大多数情况下，接收者只指向进程，并不确定会有哪个线程来处理，所以不指定线程;
  • 答复：发起者一定是binder线程，并且接收者线程便是上次call时的发起线程(该线程不一定是binder线程，可以是任意线程)。
  • async：与调用类型差不多，唯一不同的是async是oneway方式不需要回复，发起进程的线程不一定是在Binder线程，接收者只指向进程，并且不确定会有哪个线程来处理，所以不指定线程。

2. Binder系统中可分为3类binder线程：

  • Binder主线程：进程创建过程会调用startThreadPool()过程中再进入spawnPooledThread(true)，来创建Binder主线程。编号从1开始，也就是意味着binder主线程名为binder_1，并且主线程是不会退出的。
  • Binder普通线程：是由Binder Driver来根据是否有空闲的binder线程来决定是否创建binder线程，回调spawnPooledThread(false)，isMain = false，该线程名格式为binder_x。
  • Binder其他线程其他线程是指并没有调用spawnPooledThread方法，而是直接调用IPC.joinThreadPool()，将当前线程直接加入binder线程队列。例如：mediaserver和servicemanager的主线程都是binder线程，但system_server的主线程并非binder线程。

【本文是专栏“小米开放平台”原创文章，“小米开放平台”微信公众号xiaomideveloper】

网页题目：进程的Binde线程池工作过程
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