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Android后台杀死系列之四：Binder讣告原理

2017/01/07 Android

Binder是一个类似于C/S架构的通信框架，有时候客户端可能想知道服务端的状态，比如服务端如果挂了，客户端希望能及时的被通知到，而不是等到再起请求服务端的时候才知道，这种场景其实在互为C/S的时候最常用，比如AMS与APP，当APP端进程异常退出的时候，AMS希望能及时知道，不仅仅是清理APP端在AMS中的一些信息，比如ActivityRecord，ServiceRecord等，有时候可能还需要及时恢复一些自启动的Service。Binder实现了一套”死亡讣告”的功能，即：服务端挂了，或者正常退出，Binder驱动会向客户端发送一份讣告，告诉客户端Binder服务挂了。

这个“讣告”究竟是如何实现的呢？其作用又是什么呢？对于Android而言，Binder“讣告”有点采用了类似观察者模式，因此，首先需要将Observer注册到目标对象中，其实就是将Client注册到Binder驱动，将来Binder服务挂掉时候，就能通过驱动去发送。Binder“讣告”发送的入口只有一个：在释放binder设备的时候，在在操作系统中，无论进程是正常退出还是异常退出，进程所申请的所有资源都会被回收，包括打开的一些设备文件，如Binder字符设备等。在释放的时候，就会调用相应的release函数，“讣告”也就是在这个时候去发送的。因此Binder讣告其实就仅仅包括两部分：注册与通知。

Binder”讣告”的注册入口

这里拿bindService为例子进行分析，其他场景类似，bindService会首先请求AMS去启动Service，Server端进程在启动时，会调用函数open来打开设备文件/dev/binder，同时将Binder服务实体回传给AMS，AMS再将Binder实体的引用句柄通过Binder通信传递给Client，也就是在AMS回传给Client的时候，会向Binder驱动注册。其实这也比较好理解，获得了服务端的代理，就应该关心服务端的死活 。当AMS利用IServiceConnection这条binder通信线路为Client回传Binder服务实体的时候，InnerConnection就会间接的将死亡回调注册到内核：

    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);
            }
        }
    }

ServiceDispatcher函数进一步调用 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 {
            <!-- 关键点点1-->
                service.linkToDeath(info.deathMonitor, 0);
            } 
}

看关键点点1 ，这里的IBinder service其实是AMS回传的服务代理BinderProxy，linkToDeath是一个Native函数，会进一步调用BpBinde的linkToDeath：

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

}

最终调用IPCThreadState的requestDeathNotification(mHandle, this)向内核发送BC_REQUEST_DEATH_NOTIFICATION请求：

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;
}

最后来看一下在内核中，是怎么登记注册的：

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) {
				...关键点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);
					}
				}
			} 
 }

看关键点1 ，其实就是为Client新建binder_ref_death对象，并赋值给binder_ref。在binder驱动中，binder_node节点会记录所有binder_ref，当binder_node所在的进程挂掉后，驱动就能根据这个全局binder_ref列表找到所有Client的binder_ref，并对于设置了死亡回调的Client发送“讣告”，这是因为在binder_get_ref_for_node向Client插入binder_ref的时候，也会插入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;
}

binder讣告原理.jpg

如此，死亡回调入口就被注册到binder内核驱动，之后，等到进程结束要释放binder的时候，就会触发死亡回调。

死亡讣告的注册.png

死亡通知的发送

在调用binder_realease函数来释放相应资源的时候，最终会调用binder_deferred_release函数。该函数会遍历该binder_proc内所有的binder_node节点，并向注册了死亡回调的Client发送讣告，

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请求进程的binder线程等待队列？？？？？ 天然支持binder通信吗？
					// 什么时候，需要死亡回调，自己也是binder服务？
					wake_up_interruptible(&ref->proc->wait);
				} 				
		...
 }

死亡讣告被直接发送到Client端的binder进程todo队列上，这里似乎也只对于互为C/S通信的场景有用，当Client的binder线程被唤醒后，就会针对“讣告”做一些清理及善后工作：

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;
					...
 }

这里会向用户空间写入一个BR_DEAD_BINDER命令，并返回talkWithDriver函数，返回后，IPCThreadState会继续执行executeCommand，

status_t IPCThreadState::executeCommand(int32_t cmd)
{
    // 死亡讣告
    case BR_DEAD_BINDER:
        {
            BpBinder *proxy = (BpBinder*)mIn.readInt32();
            <!--关键点1 -->
            proxy->sendObituary();
            mOut.writeInt32(BC_DEAD_BINDER_DONE);
            mOut.writeInt32((int32_t)proxy);
        } break;   }

看关键点1，Obituary直译过来就是讣告，其实就是利用BpBinder发送讣告，待讣告处理结束后，再向Binder驱动发送确认通知。

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) {
    <!--关键点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;
    }
}

看关键点1，这里跟注册相对应，将自己从观察者列表中清除，之后再上报

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);
}

进而调用上层DeathRecipient的回调，做一些清理之类的逻辑。以AMS为例，其binderDied函数就挺复杂，包括了一些数据的清理，甚至还有进程的重建等，不做讨论。

死亡讣告的发送.png

参考文档

Android Binder 分析——死亡通知（DeathRecipient）

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