socket通信原理 socket连接器v2下载
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面试必备:Binder进程通信原理
先简单概括性地说说Linux现有的所有进程间IPC方式:
管道(Pipe):在创建时分配一个page大小的内存,缓存区大小比较有限;
消息队列(Message):信息复制两次,额外的CPU消耗;不适合频繁或信息量大的通信;
共享内存(Share Memory):无须复制,共享缓冲区直接附加到进程虚拟地址空间,速度快;但进程间的同步问题操作系统无法实现,必须各进程利用同步工具解决。
套接字(Socket):作为更通用的接口,传输效率低,主要用于不同机器或跨网络的通信。
信号量(Semaphore):常作为一种锁机制,防止某进程正在访问共享资源时,其他进程也访问该资源。因此主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。
信号(Signal):不适用于信息交换,更适用于进程中断控制,比如非法内存访问、杀死某个进程等。
从4个角度来展开对Binder的分析
(1)从性能的角度
数据拷贝次数: Binder数据拷贝只需要一次,而管道、消息队列、套接字都需要2次,但共享内存方式一次内存拷贝都不需要;从性能角度看,Binder性能仅次于共享内存。
(2)从稳定性的角度
Binder是基于C/S架构的,架构清晰明朗,Server端和Client端相对独立,稳定性较好;而共享内存实现方式复杂,没有Client端与Server端之别,需要充分考虑到访问临界资源的并发同步问题,否则可能会出现死锁等问题;从稳定性角度看,Binder架构优越于共享内存。
(3)从安全的角度
传统Linux IPC的接收方无法获得对方进程可靠的UID/PID,从而无法鉴别对方身份;而Android作为一个开放的开源体系,手机安全显得额外重要,传统Linux IPC五任何保护措施,完全由上层协议来确保。
Android为每个安装好的应用程序分配了自己的UID,故进程的UID是鉴别进程身份的重要标志。前面提到C/S架构, Android系统中对外只暴露Client端,Client端将任务发送给Server端,Server端会根据权限控制策略,判断UID/PID是否满足访问权限,目前权限控制很多时候是通过弹出权限询问对话框,让用户选择是否运行。
传统IPC只能由用户在数据包里填入UID/PID;另外,可靠的身份标记只有由IPC机制本身在内核中添加。其次传统IPC访问接入点是开发的,无法建立私有通道。从安全角度,Binder的安全性更高。
(4)从语言层面的角度
大家都知道Linux是基于C语言(面向过程的语言),而Android是基于Java语言(面向对象的语句)。Binder恰恰符合面向对象思想,将进程间通信转化为对某个Binder对象的引用,调用该对象的方法。而其独特之处在于Binder对象是一个可以跨进程引用的对象,它的实体位于一个进程,而它的引用却遍布于系统的各个进程之中。Binder模糊了进程边界,淡化了进程间通信过程,让整个系统仿佛运行于同一个面向对象的程序之中。
Binder框架定义了四个角色:Server,Client,ServiceManager(以后简称SM)以及Binder驱动。其中Server,Client,SM运行于用户空间,驱动运行于内核空间。
ServiceManager与实名Binder
Client获得实名Binder的引用
Server向SM注册了Binder实体及其名字后,Client就可以通过名字获得该Binder的引用了。
匿名Binder
并不是所有Binder都需要注册给SM广而告之的。Server端可以通过已经建立的Binder连接将创建的Binder实体传给Client,当然这条已经建立的Binder连接必须是通过实名Binder实现。由于这个Binder没有向SM注册名字,所以是个匿名Binder。Client将会收到这个匿名Binder的引用,通过这个引用向位于Server中的实体发送请求。匿名Binder为通信双方建立一条私密通道,只要Server没有把匿名Binder发给别的进程,别的进程就无法通过穷举或猜测等任何方式获得该Binder的引用,向该Binder发送请求。
传统IPC方式中,数据是怎样从发送端到达接收端的呢?通常的做法是:发送方将准备好的数据存放在缓存区中,通过系统API调用进入内核中。内核服务程序在内核空间分配内存,将数据从发送方缓存区复制到内核缓存区中。接收方读数据是也要提供一块缓存区,内核将数据从内核缓存区拷贝到接收方提供的缓存区中并唤醒接收线程,完成一次数据发送。这种存储-转发机制有两个缺陷:首先是效率低下,需要做两次拷贝(用户空间->内核空间->用户空间)。Linux使用copy_from_user()和copy_to_user()实现这两个跨空间拷贝。其次是接收数据的缓存要由接收方提供,可接收方不知道到底要多大的缓存才够用。只能开辟尽量打的空间或先调用API接收消息头获得消息体大小,再开辟适当的空间接收消息体。两种做法都有不足,不是浪费空间就是浪费时间。
Binder采用一种全新策略:由Binder驱动负责管理数据接收缓存。 Binder驱动通过实现mmap()来创建数据接收的缓存空间。
这样Binder的接收方就有了一片大小为MAP_SIZE的接收缓存区。mmap()的返回值是内存映射在用户空间的地址,不过这段空间是由驱动管理,用户不必直接访问(映射类型为PROT_READ,只读映射)。
参考文献
Android Binder机制原理(史上最强理解,没有之一)
求linux socket网络编程代码
Linux是多任务的操作系统,可在运行在Intel 80386及更高档次的PC机、ARMS、MIPS和PowerPC等多种计算机平台,已成为应用广泛、可靠性高、功能强大的计算机操作系统,Linux具有内核小、效率高、源代码开放等优点,还内含了TCP/IP网络协议,很适合在服务器领域使用,而服务器主要用途之一就是进行网络通信,随着计算机办公自动化处理技术的应用与推广,网络的不断普及,传统的纸张式文件传输方式已经不再适合发展的需要,人们更期待一种便捷、高效、环保、安全的网络传输方式.
协议概述TCP/IP即传输控制协议/网络协议[1](Transmission Control Protocol/Internet Protocol),是一个由多种协议组成的协议族,他定义了计算机通过网络互相通信及协议族各层次之间通信的规范,图1描述了Linux对IP协议族的实现机制[2]。
Linux支持BSD的套接字和全部的TCP/IP协议,是通过网络协议将其视为一组相连的软件层来实现的,BSD套接字(BSD Socket)由通用的套接字管理软件支持,该软件是INET套接字层,用来管理基于IP的TCP与UDP端口到端口的互联问题,从协议分层来看,IP是网络层协议,TCP是一个可靠的端口到端口的传输层协议,他是利用IP层进行传接报文的,同时也是面向连接的,通过建立一条虚拟电路在不同的网路间传输报文,保证所传输报文的无丢失性和无重复性。用户数据报文协议(User Datagram Protocol,UDP)也是利用IP层传输报文,但他是一个非面向连接的传输层协议,利用IP层传输报文时,当目的方网际协议层收到IP报文后,必须识别出该报文所使用的上层协议(即传输层协议),因此,在IP报头上中,设有一个"协议"域(Protocol)。通过该域的值,即可判明其上层协议类型,传输层与网络层在功能说的最大区别是前者提供进程通信能力,而后者则不能,在进程通信的意义上,网络通信的最终地址不仅仅是主机地址,还包括可以描述进程的某种标识符,为此,TCP/UDP提出了协议端口(Protocol Port)的概念,用于标识通信的进程,例如,Web服务器进程通常使用端口80,在/etc/services文件中有这些注册了的端口地址。
对于TCP传输,传输节点间先要建立连接,然后通过该连接传输已排好序的报文,以保证传输的正确性,IP层中的代码用于实现网际协议,这些代码将IP头增加到传输数据中,同时也把收到的IP报文正确的传送到TCP层或UDP层。TCP是一个面向连接协议,而UDP则是一个非面向连接协议,当一个UDP报文发送出去后,Linux并不知道也不去关心他是否成功地到达了目的的主机,IP层之下,是支持所有Linux网络应用的网络设备层,例如点到点协议(Point to Point Protocol,PPP)和以太网层。网络设备并非总代表物理设备,其中有一些(例如回送设备)则是纯粹的软件设备,网络设备与标准的Linux设备不同,他们不是通过Mknod命令创建的,必须是底层软件找到并进行了初始化之后,这些设备才被创建并可用。因此只有当启动了正确设置的以太网设备驱动程序的内核后,才会有/dev/eth0文件,ARP协议位于IP层和支持地址解析的协议层之间。
网络通信原理所有的网络通信就其实现技术可以分为两种,线路交换和包交换,计算机网络一般采用包交换,TCP使用了包交换通信技术,计算机网络中所传输的数据,全部都以包(Packet)这个单位来发送,包由"报头"和"报文"组成,结构如图2所示,在"报头"中记载有发送主机地址,接收主机地址及与报文内容相关的信息等,在"报文"中记载有需要发送的数据,网络中的每个主机和路由器中都有一个路由寻址表,根据这个路由表,包就可以通过网络传送到相应的目的主机。
网络通信中的一个非常重要的概念就是套接字(Socket)[3,4],简单地说,套接字就是网络进程的ID,网络通信归根到底是进程的通信,在网络中,每个节点有一个网络地址(即IP地址),两个进程通信时,首先要确定各自所在网络节点的网络地址,但是,网络地址只能确定进程所在的计算机,而一台计算机上可能同时有多个网络进程,还不能确定到底是其中的哪个进程,由此套接字中还要有其他的信息,那就是端口号(Port),在一台计算机中,一个端口一次只能分配给一个进程,即端口号与进程是一一对应的关系,所以,端口号和网络地址就能唯一地确定Internet中的一个网络进程。可以认为:套接字=网络地址+端口号系统调用一个Socket()得到一个套接字描述符,然后就可以通过他进行网络通信了。
套接字有很多种类,最常用的就有两种;流式套接字和数据报套接字。在Linux中分别称之为"SOCK_STREAM"和"SOCK_DGRAM)"他们分别使用不同的协议,流式套接字使用TCP协议,数据报套接字使用UDP协议,本文所使用的是流式套接字协议。
网络通信原理在文件传输程序设计中的应用网络上的绝大多数通信采用的都是客户机/服务器机制(Client/Server),即服务器提供服务,客户是这些服务的使用者,服务器首先创建一个Socket,然后将该Socket与本地地址/端口号绑定(Bind()),成功之后就在相应的Socket上监听(Listen())。当Accept()函数捕捉到一个连接服务(Connect())请求时,接受并生成一个新的Socket,并通过这个新的Socket与客户端通信,客户端同样也要创建一个Socket,将该Socket与本地地址/端口号绑定,还需要指定服务器端的地址与端口号,随后向服务器端发出Connect(),请求被服务器端接受后,可以通过Socket与服务器端通信。
TCP是一种面向连接的、可靠的、双向的通信数据流,说他可靠,是因为他使用3段握手协议传输数据,并且在传输时采用"重传肯定确认"机制保证数据的正确发送:接收端收到的数据后要发出一个肯定确认,而发送端必须要能接受到这个肯定信号,否则就要将数据重发。在此原理基础之上,设计了基于Linux操作系统下TCP/IP编程实现文件传输的实例。我们采用客户机/服务器模式通信时,通信双方发送/接收数据的工作流程如图3所示。
文件传输就是基于客户机/服务器模型而设计的,客户机和服务器之间利用TCP建立连续,因文件传输是一个交互式会话系统,客户机每次执行文件传输,都需要与服务器建立控制连接和数据连接,其中控制连接负责传输控制信息、利用控制命令、客户机可以向服务器提出无限次的请求,客户机每次提出的请求,服务器与客户机建立一个数据连接,进行实际的数据传输,数据传输完毕后,对应的数据连接被清除,控制连接依然保持,等待客户机发出新的传输请求,直到客户机撤销控制连接,结束会话。
当进行文件传输时,首先向服务器发出连接请求,服务器验证身份后,与客户端建立连接,双方进入会话状态,这时只要客户端向服务器端发出数据连接请求,建立起数据连接后,双方就进入数据传输状态,数据传输完毕后,数据连接被撤销,如此循环反复,直到会话结束,从而实现将文件从服务器端传输至客户机端。
文件传输程序设计流程[5,客户端的TCP应用程序流程(1)先用Socket()创建本地套接口,给服务器端套接口地址结构赋值。
(2)用Connect()函数使本地套接口向服务器端套接口发出建立连接请求,经3次握手建立TCP连接。
(3)用Read()函数读取所要接收的文件名以及存放在内存里的文件内容。
(4)用Open()函数打开客户端新建立的目标文件,如果没有建立,该函数会自动生成目标文件,等待存放文件内容。
(5)最后用Write()函数将读取的文件内容存放在新的目标文件中,以实现服务器端向客户端的文件传输。
(6)通信结束,用Close()关闭套接口,停止接收文件。
服务器端的TCP应用程序流程(1)先用Open()函数打开等待传输的可读文件;(2)用Socket()创建套接口,并给套接口地址结构赋值;(3)用Bind()函数绑定套接口;(4)用Listen()函数在该套接口上监听请求;(5)用Accept()函数接受请求,产生新的套接口及描述字,并与客户端连接;(6)用Lseek()函数是为了在每次接受客户机连接时,将用于读的源文件指针移到文件头;(7)用Read()函数读取一定长度的源文件数据;(8)最后用Write()函数将读取的源文件数据存放在内存中,以便客户端读取;(9)传输完毕时,用Close()关闭所有进程,结束文件传输。
结语Linux操作系统在网络应用方面具有很强的开发潜力,同时Linux也是可靠性、安全性非常高的系统,因此在基于TCP/IP网络通信的研究与开发中,通常选用Linux操作系统作为开发平台
Carson带你学Android:全面剖析Binder跨进程通信原理
从而全方位地介绍 Binder,希望你们会喜欢。
在本文的讲解中,按照大角度->小角度去分析 Binder,即:
从而全方位地介绍 Binder,希望你们会喜欢。
在讲解 Binder前,我们先了解一些 Linux的基础知识
具体请看文章:操作系统:图文详解内存映射
Binder跨进程通信机制模型基于 Client- Server模式
此处重点讲解 Binder驱动作用中的跨进程通信的原理:
原因:
所以,原理图可表示为以下:
所以,在进行跨进程通信时,开发者只需自定义 Client& Server进程并显式使用上述3个步骤,最终借助 Android的基本架构功能就可完成进程间通信
注册服务后, Binder驱动持有 Server进程创建的 Binder实体
此时, Client进程与 Server进程已经建立了连接
Client进程根据获取到的 Service信息( Binder代理对象),通过 Binder驱动建立与该 Service所在 Server进程通信的链路,并开始使用服务
步骤1: Client进程将参数(整数a和b)发送到 Server进程
步骤2: Server进程根据 Client进要求调用目标方法(即加法函数)
步骤3: Server进程将目标方法的结果(即加法后的结果)返回给 Client进程
对比 Linux( Android基于 Linux)上的其他进程通信方式(管道、消息队列、共享内存、
信号量、 Socket), Binder机制的优点有:
特别地,对于从模型结构组成的Binder驱动来说:
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