遇到 Binder这些面试题,你会怎么答?

作为开发人员,每个人都有每个人擅长领域,自然也有自己不擅长的领域,很难成为完美的一个全栈开发。在面试中最怕遇见的一件事是面试官专挑你不擅长的领域进行提问,目的就是看你遇到问题的应变能力。

接下给大家分享一个面试中容易被问道知识点:“说说你对 binder 驱动的了解”,这个问题虽有些 “面试造火箭” 的无奈,可难点也是亮点、体现价值所在,是筛选面试者有效手段。如果让你回答,你能说出多少呢?我们来分别来看看A、B、C三位同学的回答如何吧!

A同学 :自认为无所不知,水平已达应用开发天花板,目前月薪 10k

面试官️:说说你对 binder 驱动的了解

A:binder 驱动是很底层的东西,在系统内核中,是 binder 机制的基石。

面试官:没了吗?把你了解的都说一下

A:直接让我说了解不好回答啊,还是问我问题吧

面试官:好,你刚才提到了系统内核,那介绍一下用户空间和内核空间吧

A:不知道,这东西了解了也没什么用啊!我对业务开发 API 比较了解,比如 RecycleView 布局,我写的贼溜~

面试官:好的,回去等通知吧

B 同学: 业余时间经常打游戏、追剧、熬夜,目前月薪 15k

面试官:说说你对 binder 驱动的了解

B:binder 机制分为四部分,binder 驱动、Service Manager、客户端、服务端。类比网络通信,Service Manager 是 DNS,binder 驱动就是路由器,它运行在内核空间,不同进程间通过 binder 驱动才能通信。

面试官:为什么 binder 驱动要运行在内核空间?可以移到用户空间吗?

B:不行,两个进程的进程空间有不同的虚拟地址映射规则,内存是不共享的,无法直接通信。Linux 把进程空间划分为用户空间和内核空间,分别运行用户程序和系统内核。

用户空间和内核空间虽也是隔离的,但可以通过 copy_from_user 将数据从用户空间拷贝到内核空间,通过 copy_to_user 将数据从内核空间拷贝到用户空间。

所以 binder 驱动要处于内核空间,才能实现两个进程间的通信。一般的 IPC 方式需要分别调用这两个函数,数据就拷贝了两次,而 binder 将内核空间与目标用户空间进行了 mmap,只需调 copy_from_user 拷贝一次即可。

面试官:从用户空间如何调用内核空间的 binder 驱动呢?

B:这个不了解了,我没看过 binder 源码,只是知道大概的通信方式

面试官:那你对 binder 驱动还有哪些了解,都说说吧

B:嗯… 没有了

面试官:好的,回去等通知吧


C 同学: 坚持每天学习、不断的提升自己,目前月薪 30k

面试官:说说你对 binder 驱动的了解

C:简单画张图吧:

对 Binder 机制来说,它是 IPC 通信的路由器,负责实现不同进程间的数据交互,是 Binder 机制的核心;对 Linux 系统来说,它是一个字符驱动设备,运行在内核空间,向上层提供 /dev/binder 设备节点及 open、mmap、ioctl 等系统调用。

面试官:你提到了驱动设备,那先说说 Linux 的驱动设备吧

C:Linux 把所有的硬件访问都抽象为对文件的读写、设置,这一"抽象"的具体实现就是驱动程序。驱动程序充当硬件和软件之间的枢纽,提供了一套标准化的调用,并将这些调用映射为实际硬件设备相关的操作,对应用程序来说隐藏了设备工作的细节。

Linux 驱动设备分为三类,分别是字符设备、块设备和网络设备。字符设备就是能够像字节流文件一样被访问的设备。对字符设备进行读/写操作时,实际硬件的 I/O 操作一般也紧接着发生。字符设备驱动程序通常都会实现 open、close、read 和 write 系统调用,比如显示屏、键盘、串口、LCD、LED 等。

块设备指通过传输数据块(一般为 512 或 1k)来访问的设备,比如硬盘、SD卡、U盘、光盘等。网络设备是能够和其他主机交换数据的设备,比如网卡、蓝牙等设备。

字符设备中有一个比较特殊的 misc 杂项设备,设备号为 10,可以自动生成设备节点。Android 的 Ashmem、Binder 都属于 misc 杂项设备。

面试官:看过 binder 驱动的 open、mmap、ioctl 方法的具体实现吗?

C:它们分别对应于驱动源码 binder.c 中的 binder_open()、binder_mmap()、binder_ioctl() 方法,binder_open() 中主要是创建及初始化 binder_proc ,binder_proc 是用来存放 binder 相关数据的结构体,每个进程独有一份。

binder_mmap() 的主要工作是建立应用进程虚拟内存在内核中的一块映射,这样应用程序和内核就拥有了共享的内存空间,为后面的一次拷贝做准备。

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。

面试官:仅 binder_ioctl() 一个方法是怎么实现大部分业务的?

C:binder 机制将业务细分为不同的命令,调用 binder_ioctl() 时传入具体的命令来区分业务,比如有读写数据的 BINDER_WRITE_READ 命令、 Service Manager 专用的注册为 DNS 的命令等等。

BINDER_WRITE_READ 命令最为关键,其细分了一些子命令,比如 BC_TRANSACTION、BC_REPLY 等。BC_TRANSACTION 就是上层最常用的 IPC 调用命令了,AIDL 接口的 transact 方法就是这个命令。

面试官:binder 驱动中要实现这些业务功能,必然要用一些数据结构来存放相关数据,比如你上面说 binder_open() 方法时提到的 binder_proc,你还知道其他的结构体吗?

C:知道一些,比如:

结构体说明
binder_proc描述使用 binder 的进程,当调用 binder_open 函数时会创建
binder_thread描述使用 binder 的线程,当调用 binder_ioctl 函数时会创建
binder_node描述 binder 实体节点,对应于一个 serve,即用户态的 BpBinder 对象
binder_ref描述对 binder 实体节点的引用,关联到一个 binder_node
binder_buffer描述 binder 通信过程中存储数据的Buffer
binder_work描述一个 binder 任务
binder_transaction描述一次 binder 任务相关的数据信息
binder_ref_death描述 binder_node 即 binder server 的死亡信息

其中主要结构体引用关系如下:

面试官:可以,我们再来聊聊别的。

如果你被问到了这些问题,你会怎么答呢?

如果你还没有掌握 Binder,现在想要在最短的时间里吃透它,可以参考一下《Android Framework核心知识点》,里面内容包含了:Init、Zygote、SystemServer、Binder、Handler、AMS、PMS、Launcher……等知识点记录。

《Framework 核心知识点汇总手册》:https://qr18.cn/AQpN4J

Handler 机制实现原理部分:
1.宏观理论分析与Message源码分析
2.MessageQueue的源码分析
3.Looper的源码分析
4.handler的源码分析
5.总结

Binder 原理:
1.学习Binder前必须要了解的知识点
2.ServiceManager中的Binder机制
3.系统服务的注册过程
4.ServiceManager的启动过程
5.系统服务的获取过程
6.Java Binder的初始化
7.Java Binder中系统服务的注册过程

Zygote :

  1. Android系统的启动过程及Zygote的启动过程
  2. 应用进程的启动过程

AMS源码分析 :

  1. Activity生命周期管理
  2. onActivityResult执行过程
  3. AMS中Activity栈管理详解

深入PMS源码:

1.PMS的启动过程和执行流程
2.APK的安装和卸载源码分析
3.PMS中intent-filter的匹配架构

WMS:
1.WMS的诞生
2.WMS的重要成员和Window的添加过程
3.Window的删除过程

《Android Framework学习手册》:https://qr18.cn/AQpN4J

  1. 开机Init 进程
  2. 开机启动 Zygote 进程
  3. 开机启动 SystemServer 进程
  4. Binder 驱动
  5. AMS 的启动过程
  6. PMS 的启动过程
  7. Launcher 的启动过程
  8. Android 四大组件
  9. Android 系统服务 - Input 事件的分发过程
  10. Android 底层渲染 - 屏幕刷新机制源码分析
  11. Android 源码分析实战

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