用户空间应用程序如何控制 Android 中的硬件（位置/网络/Wifi）？

Question

我一直在阅读我能找到的所有内容，试图找出 Android 的 BINDER IPC 机制背后的软件架构。据我了解，BINDER 位于内核空间中，并临时为用户空间应用程序分配共享内存，通过该内存可以在进程之间中继消息。

我开始失去控制的是实际实施的工作方式 - 特别是与 parcels 相关。

我在网上查找并找到了 Android 提供的任意服务的实现，例如 Network/Wifi/Notificaiton/Battery 等 (Docs)。从我的阅读中，我了解到用户空间程序不应该实例化服务类本身，而是通过Context.getSystemService(Context.X) 获取对服务类的引用。因此，我认为这是一种间接的方式，即 Android已经服务在运行，或者至少有资源在需要时启动它。实现基本上是这样的：

电池类

BatteryManager.setBatteryState(){
    Parcel parcelLocal = Parcel.obtain();
    parcelLocal.writeInterfaceToken("android.power.BatteryManager");
    parcelLocal.writeInt(1/0); //Depending on requested state
    BinderObject.transact      //Send the data using BINDER
    CheckForExceptions();      //Upon return, check for exceptions 
    ReadResponse();            //If none, read the response from the target
    DoAppropriateAction();     //Whatever we need to do after setting the state
    parcelLocal.recycle();     //Return the parcel resource
}

起初看起来很简单：当用户执行以下操作时：

BatteryMonitor bMonitor = Context.getSystemService(Context.POWER_SERVICE);
bMonitor.setBatteryStatus(1); 

那么user's实例会使用BINDER机制与system's实际的服务控制器进行通信（哪个是同一个类的实例？）。但是，上面显示的代码IS是系统电池监控服务的实现，那么究竟是谁在接收 BINDER 数据呢？

TL;DR：如果这一切都非常混乱，很可能是因为我试图将一千行代码压缩成 10 行，总结是：当用户打算控制硬件状态 - 例如网络/Wifi/位置/通知（触摸屏） - 实际上 在 Android 中发生了什么，谁 真的 > 控制与这些抽象服务相关的硬件？

注意：以上代码完全是虚构的，仅用于显示一般结构。

Answer 1

大多数系统服务在system_server 进程中作为线程运行。在启动时，他们将邀请呼叫（参见SystemServer.java 中对addService() 的呼叫）传递给servicemanager，然后它能够​​将邀请分发给调用getSystemService 的应用程序。

一旦事情进展顺利，您可以将整个设置视为一种客户端-服务器架构，其中您的应用程序是客户端（远程或代理端），服务器（本地或存根端）是您的系统服务'正在交谈。客户端和服务器通过称为 binder 的进程间通信 (IPC) 子系统进行通信。绑定器有不同的部分：框架组件执行包的编组和解组，而内核驱动程序执行与 ioctl 调用之间的实际内存复制，并在进程和线程级别跟踪谁被邀请调用。

应用程序通过代理与活页夹进行交互。例如，当您使用LocationManagerService 时，您将获得android.location.ILocationManager 的实例。 Proxy 类中的方法之一是getLastLocation()：

...
@Override public android.location.Location getLastLocation(android.location.LocationRequest request, java.lang.String packageName) throws android.os.RemoteException
{
android.os.Parcel _data = android.os.Parcel.obtain();
android.os.Parcel _reply = android.os.Parcel.obtain();
android.location.Location _result;
try {
_data.writeInterfaceToken(DESCRIPTOR);
if ((request!=null)) {
_data.writeInt(1);
request.writeToParcel(_data, 0);
}
else {
_data.writeInt(0);
}
_data.writeString(packageName);
mRemote.transact(Stub.TRANSACTION_getLastLocation, _data, _reply, 0);
_reply.readException();
if ((0!=_reply.readInt())) {
_result = android.location.Location.CREATOR.createFromParcel(_reply);
}
else {
_result = null;
}
}
finally {
_reply.recycle();
_data.recycle();
}
return _result;
}
...

在这里您可以看到事务代码TRANSACTION_getLastLocation 连同任何必要的数据一起写入接口，并读取了结果。在存根端，有一个onTransact() 方法在服务的进程空间中运行，它根据事务代码处理所有传入的事务：

...
case TRANSACTION_getLastLocation:
{
data.enforceInterface(DESCRIPTOR);
android.location.LocationRequest _arg0;
if ((0!=data.readInt())) {
_arg0 = android.location.LocationRequest.CREATOR.createFromParcel(data);
}
else {
_arg0 = null;
}
java.lang.String _arg1;
_arg1 = data.readString();
android.location.Location _result = this.getLastLocation(_arg0, _arg1);
reply.writeNoException();
if ((_result!=null)) {
reply.writeInt(1);
_result.writeToParcel(reply, android.os.Parcelable.PARCELABLE_WRITE_RETURN_VALUE);
}
else {
reply.writeInt(0);
}
return true;
}
...

简而言之，system_service 进程代表调用者执行操作。这允许它对硬件或其他系统资源执行通常具有特权的操作。安全性基于 1) 具有呼叫邀请的应用程序（通过 getSystemService 从 service_manager 获得）和 2) 通过服务本身实施的任何检查，例如在以下情况下检查 ACCESS_COARSE_LOCATION 或 ACCESS_FINE_LOCATION LocationManagerService（在清单中声明并在安装时由最终用户批准）。

更新：在定位服务的情况下，这些硬件操作需要从 GPS 硬件获取实际的 NMEA 数据。目前实现这一点的方式是通过 GpsLocationProvider 类，该类通过 JNI 与本机代码接口。本机代码 (com_android_server_location_GpsLocationProvider.cpp) 是打开硬件设备的地方（通过 hw_module_t 结构中保存的抽象层），进行位置回调（例如，location_callback()）等。所有这些都在 @ 987654345@ 具有特权 UID system 的进程空间。您可以通过运行支持定位的应用程序来验证这一点，在 logcat 中查找 GpsLocationProvider 标签并确认记录的 PID 是 system_server 的。例如：

$ adb logcat | grep -i gps
...
D/GpsLocationProvider(  731): Reset GPS properties, previous size = 8
...

和

$ adb shell ps | grep system_server
system    731   441   1094884 89232 ffffffff b74d1d05 S system_server
$

最后，我强烈推荐视频教程Deep Dive Into Android IPC/Binder Framework 来了解更多相关信息。演讲的幻灯片可以在here找到。