androidpipe

‘壹’ 浅谈Android之Linux pipe/epoll

管道

管道的概念：

管道是一种最基本的IPC机制，作用于有血缘关系的进程之间腊仔掘，完成数据传递。调用pipe系统函数即可创建一个管道。有如下特质：

1. 其本质是一个伪文件(实为内核缓冲区)

2. 由两个文件描述符引用，一个表示读端，一个表示写端。

3. 规定数据从管道的写端流入管道，从读端流出。

管道的原理: 管道实为内核使用环形队列机制，借助内核缓冲区(4k)实现。

管道的局限性：

① 数据自己读不能自己写。

② 数据一旦被读走，便不在管道中存在，不可反复读取。

③ 由于管道采用半双工通信方式。因此，数据只能在一个方向上流动。

④ 只能在有公共祖先的进程间使用管道。

常见的通信方式有，单工通信、半双工通信、全双工通信。

简单来说这个管道是一个文件,但又和普通轮核文件不通:管道缓冲区大小一般为1页，即4K字节,管道分读端和写端，读端负责从管道拿数据，当数据为空时则阻塞；写端向管道写数据，当管道缓存区满时则阻塞。

pipe函数

创建管道

    int pipe(int pipefd[2]); 成功：0；失败：-1，设置errno

函数调用成功返回r/w两个文件描述符。无需open，但需手动close。规定：fd[0] → r； fd[1] → w，就像0对应标准输入，1对应标准输出一样。向管道文件读写数据其实是在读写内核缓冲区。

管道创建成功以后，创建该管道的进程（父进程）同时掌握着管道的读端和写端。如何实现父子进程间通信呢？通常可以采用如下步骤：

1. 父进程调用pipe函数创建管道，得到两个文件描述符fd[0]、fd[1]指向管道的读端和写端。

2. 父进程调用fork创建子进程，那么子进程也有两个文件描述符指向同一管道。

3. 父进程关闭管道读端，子进程关闭管道写端。父进程可以向管道中写入数据，子进程将管道中的数据读出。由于管道戚芹是利用环形队列实现的，数据从写端流入管道，从读端流出，这样就实现了进程间通信。

管道的读写行为

    使用管道需要注意以下4种特殊情况（假设都是阻塞I/O操作，没有设置O_NONBLOCK标志）：

1. 如果所有指向管道写端的文件描述符都关闭了（管道写端引用计数为0），而仍然有进程从管道的读端读数据，那么管道中剩余的数据都被读取后，再次read会返回0，就像读到文件末尾一样。

2. 如果有指向管道写端的文件描述符没关闭（管道写端引用计数大于0），而持有管道写端的进程也没有向管道中写数据，这时有进程从管道读端读数据，那么管道中剩余的数据都被读取后，再次read会阻塞，直到管道中有数据可读了才读取数据并返回。

3. 如果所有指向管道读端的文件描述符都关闭了（管道读端引用计数为0），这时有进程向管道的写端write，那么该进程会收到信号SIGPIPE，通常会导致进程异常终止。当然也可以对SIGPIPE信号实施捕捉，不终止进程。具体方法信号章节详细介绍。

4. 如果有指向管道读端的文件描述符没关闭（管道读端引用计数大于0），而持有管道读端的进程也没有从管道中读数据，这时有进程向管道写端写数据，那么在管道被写满时再次write会阻塞，直到管道中有空位置了才写入数据并返回。

总结：

① 读管道： 1. 管道中有数据，read返回实际读到的字节数。

2. 管道中无数据：

(1) 管道写端被全部关闭，read返回0 (好像读到文件结尾)

  (2) 写端没有全部被关闭，read阻塞等待(不久的将来可能有数据递达，此时会让出cpu)

    ② 写管道： 1. 管道读端全部被关闭， 进程异常终止(也可使用捕捉SIGPIPE信号，使进程不终止)

2. 管道读端没有全部关闭：

(1) 管道已满，write阻塞。

(2) 管道未满，write将数据写入，并返回实际写入的字节数。

Epoll的概念

Epoll可以使用一次等待监听多个描述符的可读/可写状态.等待返回时携带了可读的描述符或者自定义的数据.不需要为每个描述符创建独立的线程进行阻塞读取,

Linux系统中的epoll机制为处理大批量句柄而作了改进的poll，是Linux下多路复用IO接口select/poll的增强版本，它能显着减少程序在大量并发连接中只有少量活跃的情况下的系统CPU利用率

(01) pipe(wakeFds)，该函数创建了两个管道句柄。

(02) mWakeReadPipeFd=wakeFds[0]，是读管道的句柄。

(03) mWakeWritePipeFd=wakeFds 1 ，是写管道的句柄。

(04) epoll_create(EPOLL_SIZE_HINT)是创建epoll句柄。

(05) epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_ADD, mWakeReadPipeFd, & eventItem)，它的作用是告诉mEpollFd，它要监控mWakeReadPipeFd文件描述符的EPOLLIN事件，即当管道中有内容可读时，就唤醒当前正在等待管道中的内容的线程。

回到Android中的epoll大致流程如下:​

Looper.loop -> MessageQueue.nativePollOnce

epoll_create()   epoll_ctl() 注册事件的回调

looper.pollInner() -> epoll_wait() 等待接受事件唤醒的回调

 MessageQueue.enqueueMessage(Message msg, long when)    ->  MessageQueue.nativeWake(long ptr)

参考链接如下

链接：https://www.jianshu.com/p/8656bebc27cb

链接：https://blog.csdn.net/oguro/article/details/53841949

‘贰’ Android 进程间通信的几种实现方式

Android 进程间通信的几种实现方式

主要有4种方式：

这4种方式正好对应于android系统中4种应用程序组件：Activity、Content Provider、Broadcast和Service。

主要实现原理：

由于应用程序之间不能共享内存。为了在不同应用程序之间交互数据（跨进程通讯），AndroidSDK中提供了4种用于跨进程通讯的方式进行交互数据，实现进程间通信主要是使用sdk中提供的4组组件根据实际开发情况进行实现数据交互。

详细实现方式：

Acitivity实现方式

Activity的跨进程访问与进程内访问略有不同。虽然它们都需要Intent对象，但跨进程访问并不需要指定Context对象和Activity的 Class对象，而需要指定的是要访问的Activity所对应的Action（一个字符串）。有些Activity还需要指定一个Uri（通过 Intent构造方法的第2个参数指定）。 在android系统中有很多应用程序提供了可以跨进程访问的Activity，例如，下面的代码可以直接调用拨打电话的Activity。

java">IntentcallIntent=newIntent(Intent.ACTION_CALL,Uri.parse("tel:12345678");
startActivity(callIntent);

Content Provider实现方式

Android应用程序可以使用文件或SqlLite数据库来存储数据。Content Provider提供了一种在多个应用程序之间数据共享的方式（跨进程共享数据）

应用程序可以利用Content Provider完成下面的工作

1. 查询数据
2. 修改数据
3. 添加数据
4. 删除数据

Broadcast 广播实现方式

广播是一种被动跨进程通讯的方式。当某个程序向系统发送广播时，其他的应用程序只能被动地接收广播数据。这就象电台进行广播一样，听众只能被动地收听，而不能主动与电台进行沟通。在应用程序中发送广播比较简单。只需要调用sendBroadcast方法即可。该方法需要一个Intent对象。通过Intent对象可以发送需要广播的数据。

Service实现方式

常用的使用方式之一：利用AIDL Service实现跨进程通信

这是我个人比较推崇的方式，因为它相比Broadcast而言，虽然实现上稍微麻烦了一点，但是它的优势就是不会像广播那样在手机中的广播较多时会有明显的时延，甚至有广播发送不成功的情况出现。

注意普通的Service并不能实现跨进程操作，实际上普通的Service和它所在的应用处于同一个进程中，而且它也不会专门开一条新的线程，因此如果在普通的Service中实现在耗时的任务，需要新开线程。

要实现跨进程通信，需要借助AIDL(Android Interface Definition Language)。Android中的跨进程服务其实是采用C/S的架构，因而AIDL的目的就是实现通信接口。

总结

跨进程通讯这个方面service方式的通讯远远复杂于其他几种通讯方式，实际开发中Activity、Content Provider、Broadcast和Service。4种经常用到，学习过程中要对没种实现方式有一定的了解。

‘叁’ Android跨进程通信-共享内存

还是先看共享内存的使用方法，我主要介绍两个函数：

通过 shmget() 函数申请共享内存,它的入参如下

通过 shmat() 函数将我们申请到的共享内存映射到自己的用户空间，映射成功会返回地址，有了这个地址，我们就可以随意的读写数据了，我们继续看一下这个函数的入参

共享内存的原理是在内存中单独开辟的一段内存空间，这段内存空间其实就是一个tempfs（临时虚拟文件），tempfs是VFS的一种文件系统，挂载在/dev/shm上，前面提到的管道pipefs也是VFS的一种文件系统。

由于共享的内存空间对使用和接收进程来讲，完全无感知，就像是在自己的内存上读写数据一样，所以也是 效率最高 的一种IPC方式。

上面提到的IPC的方式都是 在内核空间中开辟内存来存储数据 ，写数据时，需要将数据从用户空间拷贝到内核空间，读数据时，需要从内核空间拷贝到自己的用户空间，
共享内存就只需要一次拷贝 ，而且共享内存不是在内核开辟空间，所以可以 传输的数据量大 。

但是 共享内存最大的缺点就是没有并发的控制，我们一般通过信号量配合共享内存使用，进行同步和并发的控制 。

共享内存在Android系统中主要的使用场景是 用来传输大数据 ，并且 Android并没有直接使用Linux原生的共享内存方式，而是设计了Ashmem匿名共享内存 。

之前说到有名管道和匿名管道的区别在于有名管道可以在vfs目录树中查看到这个管道的文件，但是匿名管道不行， 所以匿名共享内存同样也是无法在vfs目录中查看到 的， Android之所以要设计匿名共享内存 ，我觉得主要是为了安全性的考虑吧。

我们来看看共享内存的一个使用场景，在Android中，如果我们想要将当前的界面显示出来，需要将当前界面的图元数据传递Surfaceflinger去做图层混合，图层混合之后的数据会直接送入帧缓存，送入帧缓存后，显卡就会直接取出帧缓存里的图元数据显示了。

那么我们如何将应用的Activity的图元数据传递给SurfaceFlinger呢？想要将图像数据这样比较大的数据跨进程传输，靠binder是不行的，所以这儿便用到匿名共享内存。

从谷歌官方提供的架构图可以看到，图元数据是通过BufferQueue传递到SurfaceFlinger去的，当我们想要绘制图像的时候， 需要从BufferQueue中申请一个Buffer，Buffer会调用Gralloc模块来分配共享内存 当作图元缓冲区存放我们的图元数据。

可以看到Android的匿名共享内存是通过 ashmem_create_region() 函数来申请共享内存的，它会在/dev/ashmem下创建一个虚拟文件，Linux原生共享内存是通过shmget()函数，并会在/dev/shm下创建虚拟文件。

匿名共享内存是通过 mmap() 函数将申请到的内存映射到自己的进程空间，而Linux是通过*shmat()函数。

虽然函数不一样，但是Android的匿名共享内存和Linux的共享内存在本质上是大同小异的。

要使用一块共享内存

‘肆’ Android ParcelFileDescriptor实现进程间通信

一个通信通道，实现跨进程的的Socket网络通信。
具体的通信通道的图如下。

android进程间通信是使用Binder来传数据，而Binder传输的数据，有一个最为基本的要求，就是要实现Parcelable接口。

ParcelFileDescriptor是android提供的一个数据结构。

ParcelFileDescriptor是可以用于进程间Binder通信的FileDescriptor。支持stream 写入和stream 读出

我们可以使用

来将PacecelFileDescriptor 与File对应起来，以实现进程间的文件共享。

我们也可以使用

来建立一个pipe通信通道，ParcelFileDescriptor数组第一个元素是read端，第二个元素是write端，通过write端的AutoCloseOutputStream和read端的AutoCloseInputStream，我们就可以实现进程见的数据流传输了。

发送端：
1. 业务层调用getOutputStream向通信层发起请求
2. 通信层通过creatPipe 建立一个ParcelFileDescriptor数组，并将write端的pipe[1]返回给业务层
3. 业务层得到pipe[1]（ParcelFileDescriptor）后，可以通过AutoCloseOutputStream写入数据
4. 从通信层的pipe[0]的AutoCloseInputStream中读出数据通过socket发送出去

接收端：
1. 业务层调用getInputStream向通信层发起请求
2. 通信层通过creatPipe 建立一个ParcelFileDescriptor数组，并将read端的pipe[0]返回给业务层
3. 业务层得到pipe 0 后，可以通过AutoCloseInputStream读取数据。（如没有数据，则阻塞，一直等到有数据为止）
4. socket中读取数据，写入到通信层的pipe[1]的AutoCloseOutputStream。（pipe[1]一旦写入，第三步中pipe[2]就可以读取出数据）

‘伍’ android系统源代码情景分析 需要具备什么基础知识

Android系统的源代码非常庞大和复杂，我们不能贸然进入，否则很容易在里面迷入方向，进而失去研究它的信心。我们应该在分析它的源代码之前学习好一些理论知识，下面就介绍一些与Android系统相关的资料。
我们知道，Android系统是基于Linux内核来开发的，在分析它在运行时库层的源代码时，我们会经常碰到诸如管道（pipe）、套接字（socket）和虚拟文件系统（VFS）等知识。此外，Android系统还在Linux内核中增加了一些专用的驱动程序，例如用于日志系统的Logger驱动程序、用于进程间通信的Binder驱动程序和用于辅助内存管理的匿名共享内存Ashmem驱动程序。在分析这些Android专用驱动程序的时候，也会碰到Linux内核中与进程、内存管理相关的数据结构。因此，我们有必要掌握一些Linux内核的基础知识，下面就介绍四本典经的Linux内核书籍。
1.Linux Kernel Development.
这本书的作者是Robert Love，目前最新的版本是第3版。这本书对Linux内核的设计和实现提供了一个总览视图，从概念上对Linux内核的各个子系统的设计目标和实现思路进行了清晰的描述，非常适合初学者阅读。如果从软件工程的角度来看，这本书就相当于是Linux内核的概要设计文档。
2.Understanding the Linux Kernel.
这本书的作者是Daniel P. Bovet和Marco Cesati，目前最新的版本是第3版。这本书对Linux内核的实现提供了更多的细节，详细地描述了内核开发中用到的重要数据结构、算法以及编程技巧，非常适合中高级读者阅读。如果从软件工程的角度来看，这本书就相当于是Linux内核的详细设计文档。
3.Linux Device Drivers.
这本书的作者是Jonathan Corbet, Alessandro Rubini和Greg Kroah-Hartman，目前最新的版本是第3版。这本书更加注重实际操作，它详细地讲解了Linux内核驱动程序的实现原理和实现方法，读者可以跟着它来实际地编写出自己的Linux驱动程序。阅读了这本书之后，对我们后续去分析Android的专用驱动程序是有非常大的帮助的。
4.Linux内核源代码情景分析
这本书的作者是毛德操和胡希明，是中国人自己编写的一本经典的Linux内核书籍。这本书最大的特点是从使用情景出发，对Linux内核的源代码作了详细的分析，帮助读者把枯燥无味的源代码给理顺了。
掌握了Linux内核的基础知识之后，还不宜马上就去分析Android系统的源代码，因为这样做是漫无目的的，我们应该带着问题或者目标去分析Android系统的源代码。要把问题或者目标挖掘出来，最好的方法就莫过于是在Android平台上编写自己的应用程序了。通过编写应用程序，我们可以知道Android平台都提供了哪些功能，进而我们就会想去了解这些功能是怎么实现的，这样就可以达到带着问题或者目标去分析Android系统的源代码了。这里介绍两个Android应用程序开发教程的书籍：
1.Professional Android 2 Application Development.
2.Google Android SDK开发范例大全.
这两本书都使用了大量的例子来说明如何使用Android SDK来开发Android应用程序。读者可以根据实际情况来练习一下，主要掌握Android应用程序四大组件（Activity、Service、Broadcast Receiver和Content Provider）的用法，因为Android系统的整个架构和实现就是为了向开发者提供这四大组件来实现各种各样的应用程序的。在学习的过程中，如果遇到其它问题，还可以参考官方文档

‘陆’ Android View 事件分发机制

Android 事件机制包含系统启动流程、输入管理(InputManager)、系统服务和 UI 的通信(WindowManagerService + ViewRootImpl + Window)、事件分发等一系列的环节。

Android 系统中将输入事件定义为 InputEvent，根据输入事件的类型又分为了 KeyEvent（键盘事件） 和 MotionEvent（屏幕触摸事件）。这些事件统一由系统输入管理器 InputManager 进行分发。

在系统启动的时候，SystemServer 会启动 WindowManagerService，WMS 在启动的时候通过 InputManager 来负责监控键盘消息。

InputManager 负责从硬件接收输入事件，并将事件通过 ViewRootImpl 分发给当前激活的窗口处理，进而分发给 View。

Window 和 InputManagerService 之间通过 InputChannel 来通信，底层通过 socket 进行通信。

Android Touch 事件的基础知识：

KeyEvent 对应了键盘的输入事件；MotionEvent 就是手势事件，鼠标、笔、手指、轨迹球等相关输入设备的事件都属于 MotionEvent。

InputEvent 统一由 InputManager 进行分发，负责与硬件通信并接收输入事件。

system_server 进程启动时会创建 InputManagerService 服务。

system_server 进程启动时同时会启动 WMS，WMS 在启动的时候就会通过 IMS 启动 InputManager 来监控键盘消息。

App 端与服务端建立了双向通信之后，InputManager 就能够将产生的输入事件从底层硬件分发过来，Android 提供了 InputEventReceiver 类，以接收分发这些消息：

Window 和 IMS 之间通过 InputChannel 通信。InputChannel 是一个 pipe，底层通过 socket 进行通信。在 ViewRootImpl.setView() 过程中注册 InputChannel。

Android 事件传递机制是 先分发再处理 ，先由外部的 View 接收，然后依次传递给其内层的 View，再从最内层 View 反向依次向外层传递。

三个方法的关系如下：

分发事件：

应用了树的 深度优先搜索算法 （Depth-First-Search，简称 DFS 算法），每个 ViewGroup 都持有一个 mFirstTouchTarget, 当接收到 ACTION_DOWN 时，通过递归遍历找到 View 树中真正对事件进行消费的 Child，并保存在 mFirstTouchTarget 属性中，依此类推组成一个完整的分发链。在这之后，当接收到同一事件序列的其它事件如 ACTION_MOVE、ACTION_UP 时，则会跳过递归流程，将事件直接分发给下一级的 Child。

ViewGroup 分发事件的主要的任务是找一个 Target，并且用这个 Target 处理事件，主要逻辑如下 ：

为什么倒序查找 TouchTarget?
如果按添加顺序遍历，当 View 重叠时（FrameLayout），先添加的 View 总是能消费事件，而后添加的 View 不可能获取到事件。

拦截事件：

[1] Android 事件分发机制的设计与实现
[2] Android 事件拦截机制的设计与实现