想掌握 Android 面试官必问的 -Binder- 机制？那别想绕开 -Binder- 驱动源码分析！

用户应用程序通过 Binder 通信时，需先调用 binder_open() 方法打开 binder 驱动，binder_open() 中主要做了两个工作，对应的分为两部分来看：

//binder.cstatic int binder_open(struct inode *nodp, struct

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file *filp){struct binder_proc *proc;...proc = kzalloc(sizeof(*proc), GFP_KERNEL); //创建 binder_procif (proc == NULL)return -ENOMEM;get_task_struct(current);proc->tsk = current;INIT_LIST_HEAD(&proc->todo); //初始化 todo 队列 init_waitqueue_head(&proc->wait); //初始化 todo 队列 proc->default_priority = task_nice(current);

上面代码的主要工作是?「创建及初始化 binder_proc」，binder_proc 就是用来存放 binder 相关数据的结构体，每个进程独有一份。

binder_lock(func);binder_stats_created(BINDER_STAT_PROC);hlist_add_head(&proc->proc_node, &binder_procs);proc->pid = current->group_leader->pid;INIT_LIST_HEAD(&proc->delivered_death);filp->private_data = proc;binder_unlock(func);...}

第二个主要工作是?「将 binder_proc 记录起来」，方便后续使用，如上代码所示，通过 hlist_add_head() 方法将 binder_proc 记录到了内核的 binder_procs 表中，另外还将 binder_proc 存放在 filp 的 private_data 域，以便于在后续调用 mmap、ioctl 等方法时获取。

binder_mmap

对于 binder 驱动来说，上层应用调用的 mmap() 最终会执行到 binder_mmap() 方法，binder_mmap() 的主要工作是**「将上层应用的虚拟内存块和 Binder 申请的物理内存块建立映射」**，应用程序和 Binder 就拥有了共享的内存空间，这样不同的应用程序之间可以通过 Binder 实现数据共享。

• Binder 中有一物理内存块 P；B 进程中有一内存块 b

• 将 P 分别与 b 建立映射，这样 P、b 就可以看作同一块内存

• 若 A 进程想要发送数据给 B 进程，只需将数据拷贝到 P 内存，B 进程就能直接读取到了

所以 Binder 只需一次拷贝，binder_mmap() 要做的就是将 P 与 b 建立映射，该方法代码较长，分段看关键部分代码：

static int binder_mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma){struct vm_struct *area;struct binder_proc *proc = filp->private_data;const char *failure_string;struct binder_buffer *buffer;//映射空间至多 4Mif ((vma->vm_end - vma->vm_start) > SZ_4M)vma->vm_end = vma->vm_start + SZ_4M;//检查 vma 是否被禁用 if (vma->vm_flags & FORBIDDEN_MMAP_FLAGS) {ret = -EPERM;failure_string = "bad vm_flags";goto err_bad_arg;}

• vma(vm_area_struct) 是**「用户态虚拟内存地址空间」**，也就是 b

• area(vm_struct) 是**「内核态虚拟地址空间」**，指向 P

• proc(binder_proc) 即 binder_open() 中创建的、存放 binder 相关数据的结构体

• 另外还做了限制映射空间至多 4M 等映射规则的检查和处理

mutex_lock(&binder_mmap_lock);//检查是否已执行过 binder_mmap 映射过 if (proc->buffer) {ret = -EBUSY;failure_string = "already mapped";goto err_already_mapped;}//申请内核虚拟内存地址空间 area = get_vm_area(vma->vm_end - vma->vm_start, VM_IOREMAP);if (area == NULL) {ret = -ENOMEM;failure_string = "get_vm_area";goto err_get_vm_area_failed;}//将内核虚拟内存地址记录在 proc 中 proc->buffer = area->addr;//记录用户态虚拟内存地址和内核态虚拟内存地址的偏移量 proc->user_buffer_offset = vma->vm_start - (uintptr_t)proc->buffer;mutex_unlock(&binder_mmap_lock);

• proc->buffer 用于存储最终映射的内核态虚拟地址，并通过此变量控制只能映射一次

• get_vm_area() 方法申请了与用户态空间大小一致的内核态虚拟地址空间，注意此时还没分配实际的物理内存

• proc->user_buffer_offset 记录了用户态虚拟内存和内核态虚拟内存地址的偏移量，这样后续方便获取用户态虚拟内存地址

//分配存放物理页地址的数组 proc->pages = kzalloc(sizeof(proc->pages[0]) * ((vma->vm_end - vma->vm_start) / PAGE_SIZE), GFP_KERNEL);proc->buffer_size = vma->vm_end - vma->vm_start;//申请一页物理内存 if (binder_update_page_range(proc, 1, proc->buffer, proc->buffer + PAGE_SIZE, vma)) {ret = -ENOMEM;failure_string = "alloc small buf";goto err_alloc_small_buf_failed;}//最后的收尾工作：将内存记录到相应链表中，设置状态等 INIT_LIST_HEAD(&proc->buffers);list_add(&buffer->entry, &proc->buffers);buffer->free = 1;binder_insert_free_buffer(proc, buffer);proc->free_async_space = proc->buffer_size / 2;proc->files = get_files_struct(current);proc->vma = vma;

• proc->pages 是一个二维指针，用于存放管理物理页面

• binder_update_page_range() 方法真正的申请物理页面，并分别映射到内核态和用户态的虚拟内存地址空间

至此 binder_mmap 方法执行结束，我们继续分析**「binder_update_page_range()」**?方法，此方法代码非常有助于我们理解页框以及与虚拟内存地址的映射逻辑。先了解此方法的参数：

• proc：申请内存的进程所持有的 binder_proc 对象

• allocate：1 表示申请内存，0 表示释放内存

• start：虚拟内存地址起点

• end：虚拟内存地址终点

• vma：用户态虚拟内存地址空间

static int binder_update_page_range(struct binder_proc *proc, int allocate,void *start, void *end,struct vm_area_struct vma){if (allocate == 0) //区分是申请还是释放 goto free_range;//依据 start、end 循环分配物理页 for (page_addr = start; page_addr < end; page_addr += PAGE_SIZE) {//每次分配 1 个页框/*page = alloc_page(GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM | __GFP_ZERO);//将页框映射到内核态虚拟内存地址 ret = map_kernel_range_noflush((unsigned long)page_addr, PAGE_SIZE, PAGE_KERNEL, page);//根据 binder_mmap 方法中记录的偏移量计算出用户态虚拟内存地址 user_page_addr = (uintptr_t)page_addr + proc->user_buffer_offset;//将页框映射到用户态虚拟内存地址 ret = vm_insert_page(vma, user_page_addr, page[0]);}return 0;

binder_mmap() 的 allocate 参数传入 1 为申请内存，执行上面的代码。若为释放则执行以下代码：

free_range://依据 start、end 从后往前遍历 for (page_addr = end - PAGE_SIZE; page_addr >= start; page_addr -= PAGE_SIZE) {page = &proc->pages[(page_addr - proc->buffer) / PAGE_SIZE];if (vma)//解除用户态虚拟地址和物理页框的映射 zap_page_range(vma, (uintptr_t)page_addr + proc->user_buffer_offset, PAGE_SIZE, NULL);err_vm_insert_page_failed://解除内核态虚拟地址和物理页框的映射 unmap_kernel_range((unsigned long)page_addr, PAGE_SIZE);err_map_kernel_failed://释放页框物理内存__free_page(*page);*page = NULL;}

binder_ioctl

binder 驱动并不提供常规的 read()、write() 等文件操作，全部通过 binder_ioctl() 实现，所以 binder_ioctl() 是 binder 驱动中工作量最大的一个，它承担了 binder 驱动的大部分业务。这里不深入分析源码，只列出 binder_ioctl() 支持的命令列表：

其中 BINDER_WRITE_READ 最为关键，分为若干子命令：

以上均为 binder 驱动作为接收方 binder_ioctl() 方法接收的命令，还有一些与之对应的 BR_ 开头的命令，由 binder 驱动主动发出，比如 BR_TRANSACTION、BR_REPLY，在一次 IPC 调用中是这样应用的：

最后