Linux行程通訊機制
Linux 系統中有萬物皆檔案的說法,虛擬檔案系統(VFS)是 Linux 對外的介面,任何程式都必須通過這層介面來使用它,
為了避免系統安全問題(越權訪問),行程間記憶體無法共享,資料互動就得采用特殊的通信機制(IPC),
行程劃分用戶空間(不可共享)跟內核空間(可共享),并且所有行程都共享一個內核空間;
Linux 系統中,主要通過 copy_from_user() 跟 copy_to_user() 函式來進行跨行程資料的互動,
互動流程
當 Client 向 Server 發起 IPC 請求時(互動),Client 會先將資料從用戶空間拷貝到內核空間,驅動程式在將內核空間中的資料拷貝到 Server 中,完成 Client 向 Server 行程間資料傳輸,
缺點:性能低,需要兩次記憶體拷貝,而且無法得知接收資料的大小,記憶體消耗大,
共享記憶體
通過 shmget() 函式申請記憶體共享(虛擬的臨時檔案),但不是在內核中;
通過 shmat() 函式把共享記憶體映射到用戶空間,成功回傳記憶體地址,通過這個地址來進行資料的讀寫
無需記憶體拷貝,使用簡單,但不適合并發場景,資料同步不及時,所以通常跟信號量配合,達到同步的控制,
信號 Signal
需要拷貝兩次記憶體,發送信號通知,可以跨行程接收,無法傳輸復雜資料,主要用于同步,
信號量 Semaphore
類似同步鎖,資源競爭時互斥訪問,可以看作一個計數器,用來記錄記憶體存取狀況;
根據數值來判斷,資源在一個時刻只有一個行程(執行緒)所持有,如果有行程持有會進入休眠佇列等待喚醒,
管道
需要拷貝兩次記憶體,首先呼叫系統函式創建管道,同時會在內核中創建虛擬檔案,通過對虛擬檔案的讀寫(不能同時進行)來達到互動的目的,傳輸資料不能超過4k,否則會阻塞管道,
PIPE - 單向管道,一端只能讀,另一端只能寫,pipe是匿名的,只支持父子和兄弟行程之間的通信,
FIFO - 雙向管道,可以讀也可以寫,能保證資料順序,創建管道后需要呼叫 open 函式打開檔案才能操作,
Android 主執行緒中的 Looper 喚醒,native 層的 Looper 使用的是 pipe 匿名管道,寫入資料時會重新喚醒管道,
缺點:管道速度慢,且匿名管道只能父子通信,容量也有限,
訊息佇列
需要拷貝兩次記憶體,佇列是一個訊息鏈表,訊息都包含識別符號,不同行程可以根據訊息型別識別符號來對這個鏈表進行操作,
佇列本身是異步的,還可以實作模塊之間的解耦,Handler 執行緒通信也使用了訊息佇列,
ContentProvider
啟動時會通過 AMS 注冊服務,然后可以通過 URI 來獲取 Binder 參考,從而獲取到 Server 方法進行互動,
Socket
需要拷貝兩次記憶體,開銷大,不安全,
HTTP TCP UDP 概括總結
Binder 機制
Binder 是 Android IPC 的基礎,像是一個粘合劑或者中轉站,把 client、server、service manager(三者為不同行程)粘合一起,
雖然 Linux 中有管道、佇列、socket 等行程通信方式,但是 Binder 在性能(一次拷貝)、安全(app應用具有 id 標識可以更好鑒別身份)等方面更出色,
劃分
Binder 記憶體被劃分為用戶空間(應用程式)和內核空間(內核和驅動),這樣用戶空間崩潰了,內核空間也不會受到影響;
Client、Server 和 ServiceManager(管理 Service 注冊與查詢) 都運行在用戶空間上的不同行程中,Binder 驅動程式運行在內核空間,
Client、Server 和 ServiceManager的互動也是基于 Binder,Binder 跟 ServiceManager 屬于系統自帶,
Binder 互動
首先,Server 通過 Binder 向 Service Manager 注冊服務,等于告訴 ServiceManager 它有什么功能;
然后 Client 呼叫 Binder 向 Service Manager 查詢 Server 中的資訊,Service Manager 查詢完畢后回傳一個 Proxy 代理物件;
最后 Client 通過代理物件,進行呼叫后在發送給 Binder 驅動,最后 Server 執行后把回傳值發送給驅動,驅動再轉發給 Client(App) 行程,
傳統的跨行程互動需拷貝資料2次,Binder 只需要拷貝一次記憶體,主要是使用到了記憶體映射;
Binder 在內核空間和接收行程的用戶空間中會創建一個共享記憶體,達到一次拷貝的目的,
mmap 記憶體映射
把行程虛擬地址和檔案物理地址進行關聯,使得二者存在對映關系,行程就可以采用指標的方式操作這段記憶體,
呼叫 linux 系統下的函式 mmap,作用是虛擬記憶體區域和共享物件建立映射關系,提高資料的讀、寫,減少了資料拷貝次數,以達到記憶體復用,
start activity
Intent Activity 跳轉使用的 Binder,由于 Binder 傳輸資料有大小限制的,資料超過大小就會報錯(手寫open,mmap就可以突破這個限制), Binder 主要用于頻繁通信而存在,
content provider
底層使用 Binder,而 Binder 執行緒數默認最大為16,超過會阻塞執行緒,所以只能支持16個執行緒同時并發,
優缺點
高效 - 只需要拷貝一次記憶體;
安全性高 - 每個行程都有 UID,PID 身份標識,容易鑒別身份;
ALDL
Android 提供了 ALDL 來進行跨行程之間的通信,通過 Binder 實作的一個簡化封裝的工具,
Service
運行在主執行緒上,不可以執行耗時操作,否則會 ANR,不同 Activity 可以很好去控制 service,
使用
啟動 service 可以在后臺執行計算處理,系結 service 可以跟組件進行互動,
start 方式開啟(stop 關閉)的 service,在該 Activity 銷毀后仍會運行,無法獲取服務中的值;
onCreate -> onStartCommand -> onDestroy
bind 方式開啟(unBind 關閉)的 service,依賴系結的 Context,該 Context 所在活動銷毀后會停止,可以通過 binder 獲取回傳結果,
onCreate -> onBind -> onUnBind -> onDestroy
默認為后臺服務,容易被系統回收,也可以設定成前臺服務,不容易被回收,
public class MyService extends Service { @Override public void onCreate() { super.onCreate(); Notification notification = new Notification(...); ... startForeground(1, notification); } }
互動
1.通過 intent 傳遞,onStartCommand 中獲取,
2.通過 binder 物件傳遞:
bindService 時把 ServiceConnection(重寫方法中獲取到 binder 物件) 類當做引數,Service 中 onBind 回傳自定義的 binder 物件,
@Override public IBinder onBind(Intent intent) { return new MyBinder(); } public class MyBinder extends android.os.Binder{ public void setData(int count){ MyService.this.count = count; } }
3.回呼傳值,
關閉
Service 必須在既沒有跟 Activity 關聯又處于停止狀態時才會被銷毀,
如果同時使用了 start 跟 bind 方式開啟服務,需要同時呼叫兩者的關閉方法去停止服務,
IntentService
Service 的子類,會創建單獨的執行緒,在 onHandleIntent 方法中執行耗時操作,結束后自動停止,
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