openHarmony IPC数据调用的过程分享

通信

1.前情概览
我们在前片博客中讲述了 proxy - stub 架构的一般编程范式，这篇文章关注驱动自身的数据传输，做一次完整的数据分析。由于IPC通信流程比较复杂，我们先开启上帝视角，将一些数据结构和数据流向直接阐述出来，然后再结合源码调用流查看是否具体是这样的。
2.数据结构简述
2.1messageParcel
messageParcel 用户态数据，可以写入一般类型，也可以写入iremoteObject。为什么要区分这两种类型，这里先卖一个关子。
class MessageParcel : public Parcel {
public:
MessageParcel();
~MessageParcel();
explicit MessageParcel(Allocator *allocator);
bool WriteRemoteObject(const sptr<IRemoteObject> &object);
sptr<IRemoteObject> ReadRemoteObject();
bool WriteFileDescriptor(int fd);
int ReadFileDescriptor();
bool ContainFileDescriptors() const;
bool WriteInterfaceToken(std::u16string name);
std::u16string ReadInterfaceToken();
bool WriteRawData(const void *data, size_t size);
const void *ReadRawData(size_t size);
bool RestoreRawData(std::shared_ptr<char> rawData, size_t size);
const void *GetRawData() const;
size_t GetRawDataSize() const;
size_t GetRawDataCapacity() const;
void WriteNoException();
int32_t ReadException();
bool WriteAshmem(sptr<Ashmem> ashmem);
sptr<Ashmem> ReadAshmem();
void ClearFileDescriptor();
void SetClearFdFlag()
{
      needCloseFd_ = true;
};
private:
#ifndef CONFIG_IPC_SINGLE
bool WriteDBinderProxy(const sptr<IRemoteObject> &object, uint32_t handle, uint64_t stubIndex);
#endif
static constexpr size_t MAX_RAWDATA_SIZE = 128 * 1024 * 1024; // 128M
static constexpr size_t MIN_RAWDATA_SIZE = 32 * 1024;       // 32k
bool needCloseFd_ = false;
std::vector<sptr<Parcelable>> holders_;
int writeRawDataFd_;
int readRawDataFd_;
void *kernelMappedWrite_;
void *kernelMappedRead_;
std::shared_ptr<char> rawData_;
size_t rawDataSize_;
};
2.2 flat_binder_object
这是内核描述iremoteObject对象信息的结构体。当调用 object->Marshalling(*this)的时候会将messageParcel 转化为flat_binder_object。同理还有一个UnMarshalling方法
struct flat_binder_object {
unsigned long    type; // binder类型：可以为BINDER_TYPE_BINDER或BINDER_TYPE_HANDLE等类型
unsigned long    flags;  // 标记
union {
      void       *binder; // 当type=BINDER_TYPE_BINDER时，它指向Binder对象位于C++层的本地Binder对象的弱引用。
      signed long handle;    // 当type=BINDER_TYPE_HANDLE时，它等于Binder对象在Binder驱动中对应的Binder实体的Binder引用的描述。
};
void          *cookie; // 当type=BINDER_TYPE_BINDER时才有效，它指向Binder对象位于C++层的本地Binder对象。
};
2.3 binder_transaction_data
这个数据不仅包含了flat_binder_object中的纯数据，也包含的cmdID以及发送者的其他信息。
struct binder_transaction_data {
union {
      size_t  handle; // 当binder_transaction_data是由用户空间的进程发送给Binder驱动时，
                     // handle是该事务的发送目标在Binder驱动中的信息，即该事务会交给handle来处理；
                     // handle的值是目标在Binder驱动中的Binder引用。
      void *ptr; // 当binder_transaction_data是有Binder驱动反馈给用户空间进程时，
                     // ptr是该事务的发送目标在用户空间中的信息，即该事务会交给ptr对应的服务来处理；
                     // ptr是处理该事务的服务的服务在用户空间的本地Binder对象。
} target;          // 该事务的目标对象(即，该事务数据包是给该target来处理的)
void       *cookie; // 只有当事务是由Binder驱动传递给用户空间时，cookie才有意思，它的值是处理该事务的Server位于C++层的本地Binder对象
unsigned int code; // 事务编码。如果是请求，则以BC_开头；如果是回复，则以BR_开头。
unsigned int flags;
pid_t    sender_pid;
uid_t    sender_euid;
size_t    data_size; // 数据大小
size_t    offsets_size; // 数据中包含的对象的个数
union {
      struct {
         const void  *buffer;
         const void  *offsets;
      } ptr;
      uint8_t buf[8];
} data;                // 数据
};
2.4 binder_write_read
驱动真正读写的数据，也就是binder_transaction_data 会转化为binder_write_read交给驱动真正的读写。
struct binder_write_read {
signed long write_size;
signed long write_consumed;
unsigned long write_buffer;
signed long read_size;
signed long read_consumed;
unsigned long read_buffer;
};
2.5 binder_ref
binder_ref是描述Binder引用的结构体。
struct binder_ref {
int debug_id;
struct rb_node rb_node_desc; // 关联到binder_proc->refs_by_desc红黑树中
struct rb_node rb_node_node; // 关联到binder_proc->refs_by_node红黑树中
struct hlist_node node_entry; // 关联到binder_node->refs哈希表中
struct binder_proc *proc;    // 该Binder引用所属的Binder进程
struct binder_node *node;    // 该Binder引用对应的Binder实体
uint32_t desc;                // 描述
int strong;
int weak;
struct binder_ref_death *death;
};
2.6 binder_proc
struct binder_proc {
  struct hlist_node proc_node; // 根据proc_node，可以获取该进程在"全局哈希表binder_procs(统计了所有的binder proc进程)"中的位置
  struct rb_root threads;       // binder_proc进程内用于处理用户请求的线程组成的红黑树(关联binder_thread->rb_node)
  struct rb_root nodes;          // binder_proc进程内的binder实体组成的红黑树(关联binder_node->rb_node)
  struct rb_root refs_by_desc; // binder_proc进程内的binder引用组成的红黑树，该引用以句柄来排序(关联binder_ref->rb_node_desc)
  struct rb_root refs_by_node; // binder_proc进程内的binder引用组成的红黑树，该引用以它对应的binder实体的地址来排序(关联binder_ref->rb_node)
  int pid;                      // 进程id
  struct vm_area_struct *vma;    // 进程的内核虚拟内存
  struct mm_struct *vma_vm_mm;
  struct task_struct *tsk;       // 进程控制结构体(每一个进程都由task_struct 数据结构来定义)。
  struct files_struct *files;    // 保存了进程打开的所有文件表数据
  struct hlist_node deferred_work_node;
  int deferred_work;
  void *buffer;                // 该进程映射的物理内存在内核空间中的起始位置
  ptrdiff_t user_buffer_offset; // 内核虚拟地址与进程虚拟地址之间的差值
  // 内存管理的相关变量
  struct list_head buffers;       // 和binder_buffer->entry关联到同一链表，从而对Binder内存进行管理
  struct rb_root free_buffers;    // 空闲内存，和binder_buffer->rb_node关联。
  struct rb_root allocated_buffers; // 已分配内存，和binder_buffer->rb_node关联。
  size_t free_async_space;
  struct page **pages;          // 映射内存的page页数组，page是描述物理内存的结构体
  size_t buffer_size;          // 映射内存的大小
  uint32_t buffer_free;
  struct list_head todo;       // 该进程的待处理事件队列。
  wait_queue_head_t wait;       // 等待队列。
  struct binder_stats stats;
  struct list_head delivered_death;
  int max_threads;             // 最大线程数。定义threads中可包含的最大进程数。
  int requested_threads;
  int requested_threads_started;
  int ready_threads;
  long default_priority;       // 默认优先级。
  struct dentry *debugfs_entry;
};
2.7 binder_node
binder_node是描述Binder实体的结构体。
struct binder_node {
int debug_id;
struct binder_work work;
union {
      struct rb_node rb_node;       // 如果这个Binder实体还在使用，则将该节点链接到proc->nodes中。
      struct hlist_node dead_node; // 如果这个Binder实体所属的进程已经销毁，而这个Binder实体又被其它进程所引用，则这个Binder实体通过dead_node进入到一个哈希表中去存放
};
struct binder_proc *proc;          // 该binder实体所属的Binder进程
struct hlist_head refs;          // 该Binder实体的所有Binder引用所组成的链表
int internal_strong_refs;
int local_weak_refs;
int local_strong_refs;
void __user *ptr;                // Binder实体在用户空间的地址(为Binder实体对应的Server在用户空间的本地Binder的引用)
void __user *cookie;             // Binder实体在用户空间的其他数据(为Binder实体对应的Server在用户空间的本地Binder自身)
unsigned has_strong_ref:1;
unsigned pending_strong_ref:1;
unsigned has_weak_ref:1;
unsigned pending_weak_ref:1;
unsigned has_async_transaction:1;
unsigned accept_fds:1;
unsigned min_priority:8;
struct list_head async_todo;
};
3.情景分析
3.1 数据流向
其实结合上文，一次的数据发送。其实就是 messageParcel ->flat_binder_object -> binder_transaction_data -> binder_write_read。上文中我们说到普通数据和iremoteObjiect有区别，那区别是啥，就是发送的数据里面包含iremoteObJiect，驱动程序就会在全局哈希表binder_procs中注册一个binder_proc。那普通数据和iremote数据是如何区分呢？答案是他有两个指针一个指向普通的数据，另一个指向iremoteObject。也就是binder_transaction_data的buffer指针和offsets指针。那binder驱动在这个数据发送的过程中做了什么呢？
3.2 驱动事件循环
binder_ref-> binder_proc->binder_node
对于发送者来说，要知道发送的数据需要传输给谁，他自身持有一个服务进程的binder_ref,通过binder_ref找到对应的binder_proc,然后通过binder_proc找到对应的binder_node(一个进程可以有多个binder_node,即可以有多个服务)。那binder_write_read中获取的数据也就会添加到宿主进程binder_proc的todo链表中。
源码调用图解

client和stub的交互过程就是 client - > stub ->client 这样看起来就像自身进程调用自己的方法一样。上图中ipcObjectStub -> OnRemoteRequest()就会向binder驱动放松数据，这也是为什么继承的子类需要重写OnRemoteRequest方法。
这里就是大概ipc调用的过程，对驱动自身的阐述比较浅薄，驱动中的多线程模型还有自身数据结构的复杂性并没有阐述。如果有机会研究后，再讲讲dsoftbus驱动和binder驱动的不同和相似之处，讲讲iremoteObJect是如何适配这两种不同驱动模型的。

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