Linux进程通讯机制

Linux 系统中有万物皆文件的说法，虚拟文件系统（VFS）是 Linux 对外的接口，任何程序都必须通过这层接口来使用它。

为了避免系统安全问题(越权访问)，进程间内存无法共享，数据交互就得采用特殊的通信机制(IPC)。

进程划分用户空间(不可共享)跟内核空间(可共享)，并且所有进程都共享一个内核空间；

Linux 系统中，主要通过 copy_from_user() 跟 copy_to_user() 函数来进行跨进程数据的交互。

交互流程

当 Client 向 Server 发起 IPC 请求时(交互)，Client 会先将数据从用户空间拷贝到内核空间，驱动程序在将内核空间中的数据拷贝到 Server 中，完成 Client 向 Server 进程间数据传输。

缺点：性能低，需要两次内存拷贝，而且无法得知接收数据的大小，内存消耗大。

共享内存

通过 shmget() 函数申请内存共享(虚拟的临时文件)，但不是在内核中；

通过 shmat() 函数把共享内存映射到用户空间，成功返回内存地址，通过这个地址来进行数据的读写

无需内存拷贝，使用简单，但不适合并发场景，数据同步不及时，所以通常跟信号量配合，达到同步的控制。

信号 Signal

需要拷贝两次内存，发送信号通知，可以跨进程接收，无法传输复杂数据，主要用于同步。

信号量 Semaphore

类似同步锁，资源竞争时互斥访问，可以看作一个计数器，用来记录内存存取状况；

根据数值来判断，资源在一个时刻只有一个进程(线程)所持有，如果有进程持有会进入休眠队列等待唤醒。

管道

需要拷贝两次内存，首先调用系统函数创建管道，同时会在内核中创建虚拟文件，通过对虚拟文件的读写(不能同时进行)来达到交互的目的，传输数据不能超过4k，否则会阻塞管道。

PIPE - 单向管道，一端只能读，另一端只能写，pipe是匿名的，只支持父子和兄弟进程之间的通信。

FIFO - 双向管道，可以读也可以写，能保证数据顺序，创建管道后需要调用 open 函数打开文件才能操作。

Android 主线程中的 Looper 唤醒，native 层的 Looper 使用的是 pipe 匿名管道，写入数据时会重新唤醒管道。

缺点：管道速度慢，且匿名管道只能父子通信，容量也有限。

消息队列

需要拷贝两次内存，队列是一个消息链表，消息都包含标识符，不同进程可以根据消息类型标识符来对这个链表进行操作。

队列本身是异步的，还可以实现模块之间的解耦，Handler 线程通信也使用了消息队列。

ContentProvider

启动时会通过 AMS 注册服务，然后可以通过 URI 来获取 Binder 引用，从而获取到 Server 方法进行交互。

Socket

需要拷贝两次内存，开销大，不安全。

HTTP TCP UDP 概括总结

Binder 机制

Binder 是 Android IPC 的基础，像是一个粘合剂或者中转站，把 client、server、service manager(三者为不同进程)粘合一起。

虽然 Linux 中有管道、队列、socket 等进程通信方式，但是 Binder 在性能(一次拷贝)、安全(app应用具有 id 标识可以更好鉴别身份)等方面更出色。

划分

Binder 内存被划分为用户空间(应用程序)和内核空间(内核和驱动)，这样用户空间崩溃了，内核空间也不会受到影响；

Client、Server 和 ServiceManager(管理 Service 注册与查询) 都运行在用户空间上的不同进程中，Binder 驱动程序运行在内核空间。

Client、Server 和 ServiceManager的交互也是基于 Binder，Binder 跟 ServiceManager 属于系统自带。

Binder 交互

首先，Server 通过 Binder 向 Service Manager 注册服务，等于告诉 ServiceManager 它有什么功能；

然后 Client 调用 Binder 向 Service Manager 查询 Server 中的信息，Service Manager 查询完毕后返回一个 Proxy 代理对象；

最后 Client 通过代理对象，进行调用后在发送给 Binder 驱动，最后 Server 执行后把返回值发送给驱动，驱动再转发给 Client（App） 进程。

传统的跨进程交互需拷贝数据2次，Binder 只需要拷贝一次内存，主要是使用到了内存映射；

Binder 在内核空间和接收进程的用户空间中会创建一个共享内存，达到一次拷贝的目的。

mmap 内存映射

把进程虚拟地址和文件物理地址进行关联，使得二者存在对映关系，进程就可以采用指针的方式操作这段内存。

调用 linux 系统下的函数 mmap，作用是虚拟内存区域和共享对象建立映射关系，提高数据的读、写，减少了数据拷贝次数，以达到内存复用。

start activity

Intent Activity 跳转使用的 Binder，由于 Binder 传输数据有大小限制的，数据超过大小就会报错(手写open，mmap就可以突破这个限制)， Binder 主要用于频繁通信而存在。

content provider

底层使用 Binder，而 Binder 线程数默认最大为16，超过会阻塞线程，所以只能支持16个线程同时并发。

优缺点

高效 - 只需要拷贝一次内存;

安全性高 - 每个进程都有 UID,PID 身份标识，容易鉴别身份；

ALDL

Android 提供了 ALDL 来进行跨进程之间的通信，通过 Binder 实现的一个简化封装的工具。

Service

运行在主线程上，不可以执行耗时操作，否则会 ANR，不同 Activity 可以很好去控制 service。

使用

启动 service 可以在后台执行计算处理，绑定 service 可以跟组件进行交互。

start 方式开启(stop 关闭)的 service，在该 Activity 销毁后仍会运行，无法获取服务中的值；

onCreate -> onStartCommand -> onDestroy

bind 方式开启(unBind 关闭)的 service，依赖绑定的 Context，该 Context 所在活动销毁后会停止，可以通过 binder 获取返回结果。

onCreate -> onBind -> onUnBind -> onDestroy

默认为后台服务，容易被系统回收，也可以设置成前台服务，不容易被回收。

public class MyService extends Service {    

    @Override  
    public void onCreate() {  
        super.onCreate();  
        Notification notification = new Notification(...);  
        ...
        startForeground(1, notification);  
    }   
} 

交互

1.通过 intent 传递，onStartCommand 中获取。

2.通过 binder 对象传递：

bindService 时把 ServiceConnection(重写方法中获取到 binder 对象) 类当做参数，Service 中 onBind 返回自定义的 binder 对象。

    @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.回调传值。

关闭

Service 必须在既没有跟 Activity 关联又处于停止状态时才会被销毁。

如果同时使用了 start 跟 bind 方式开启服务，需要同时调用两者的关闭方法去停止服务。

IntentService

Service 的子类，会创建单独的线程，在 onHandleIntent 方法中执行耗时操作，结束后自动停止。