1. Linux 和 Binder 的 IPC 通信原理
进程通信的简单模型如下所示：
1.1 内核空间（Kernel space）和用户空间（User space）
操作系统从逻辑上将虚拟空间划分为用户空间和内核空间。Linux 操作系统将较高的 1GB 供内核使用，称为内核空间，将较低的 3GB 供各进程使用，称为用户空间。
内核空间是 Linux 内核的运行空间，用户空间是用户程序的运行空间。为了保证内核的安全，它们是隔离的，不能直接操作内核，这样，即使用户的程序崩溃了，内核也不会收到影响。内核空间的数据是可以进程间共享的，而用户空间的数据则不可以。
如上图所示，进程 A 的用户空间是不能和进程 B 的用户空间共享的。
1.2 进程隔离
进程隔离指的是一个进程不能直接操作或着访问另一个进程，也就是进程 A 不可以直接访问进程 B 的数据。
1.3 系统调用
用户空间需要访问内核空间，就需要借助系统调用来实现。系统调用时用户空间访问内核空间的唯一方式，保证了所有资源访问都是在内核的控制下进行的，避免了用户程序对系统资源的越权访问，提升了系统的安全性和稳定性。
进程 A 和进程 B 的用户空间可以通过如下系统函数和内核空间交互：
- copy_from_user：将用户空间的数据复制到内核空间；
- copy_to_user：将内核空间的数据复制到用户空间；
1.4 内存映射
由于应用程序不能直接操作设备硬件地址，所以操作系统提供了一种机制：内存映射（Memory Map），把设备地址映射到进程虚拟内存区。
例如，用户空间需要读取磁盘的文件，如果不采用内存映射，那么就需要在内核空间建立一个页缓存，页缓存去复制磁盘中的文件，然后用户空间复制页缓存的文件，这就需要两次复制。如果采用内存映射，映射模型如下所示：
由于新建了虚拟内存区域，那么磁盘文件和虚拟内存区域就可以直接映射，少了一次复制。
在 Linux 中通过系统调用函数 mmap 来实现内存映射。将用户空间的一块内存区域映射到内核空间。映射关系建立后，用户对这块内存区域的修改可以直接反映到内核空间，反之亦然。内存映射能减少数据复制次数，实现用户空间和内核空间的高效互动。
1.5 Linux 的 IPC 通信原理
Linux 的 IPC 通信模型如下所示：
内核程序在内核空间分配内存并开辟一块内核缓存区，发送进程通过 copy_from_user() 函数将数据复制到内核空间的缓冲区。同样，接收进程接收数据时在自己的用户空间开辟一块内核缓存区，然后内核程序调用 copy_to_user() 函数将数据从内核缓存区复制到接收进程。这样数据发送进程和数据接收进程就完成了一次数据传输，也就是一次进程间的通信。
Linux 的 IPC 通信原理有以下两个问题：
- 一次数据传递需要经历：用户空间 —> 内核缓存区 —> 用户空间，需要两次数据复制，这样效率不高；
- 接收数据的缓存区由数据接收进程提供，但是接收进程并不知道需要多大的空间来存放将要传递过来的数据，因此只能开辟尽可能大的内存空间或者先调用 API 接收消息头来获取消息体的大小，以免浪费了空间或者时间；
1.6 Binder 的通信原理
Binder 是基于开源的 OpenBinder 实现的，OpenBinder 最早并不是由 Google 公司开发的，而是由 Be Inc 公司开发的，接着由 Palm Inc 公司负责开发。后来 OpenBinder 的作者 Dianne Hackborn 加入 Google 公司，并负责 Android 平台的开发工作，把这项技术也带进了 Android。
Binder 是基于内存映射来实现的，内存映射通常是用在有物理介质的文件系统上，然后 Binder 没有物理介质，它使用内存映射是为了跨进程传递数据的。 Linux 的 IPC 通信模型如下所示：
Binder 通信的步骤如下所示：
- Binder 驱动在内核空间创建一个数据接收缓存区；
- 在内核空间开辟一块内核缓存区，建立内核缓存区和数据接收缓存区之间的映射关系，以及数据接收缓存区和接收进程用户空间地址的映射关系；
- 发送方进程通过 copy_from_user() 函数将数据复制到内核中的内核缓存区，由于内核缓存区和接收进程的用户空间存在内存映射，因此也就相当于把数据发送到了接收进程的用户空间，这样便完成了一次进程间的通信。
整个过程只使用了一次复制，不会因为不知道数据的大小而浪费空间或者是假，这样效率更高。
1.7 使用 Binder 的原因
Android 是基于 Linux 内核的，Linux 提供了很多 IPC 机制，而 Android 自己设计了 Binder 来进行通信，主要原因有以下四个方面。
1.7.1 性能方面
性能方面主要影响的因素是数据复制次数，管道、消息队列、Socket 的复制次数都是两次，性能不是很好，共享内存不需要复制，性能很好，Binder 的复制次数为一次，性能仅次于内存复制。
1.7.2 稳定性方面
Binder 是基于 C/S 架构的，这个架构通常采用两层结构，在技术上已经很成熟了，稳定性也是没有问题的。共享内存没有分层，难以控制，并非同步访问临界资源时，可能还会产生死锁。从稳定性的角度讲，Binder 是优于共享内存的。
1.7.3 安全方面
Android 是一个开源的系统，并且拥有开放性的平台，市场上应用来源很广，因此安全性对 Android 平台而言极其重要。
传统的 IPC 接收方无法获得对方可靠的进程用户 ID/进程 ID（UID/PID），无法鉴别对方身份。Android 为每个安装好的 APP 分配了自己的 UID，通过进程的 UID 来鉴别进程身份。另外，Android 系统中的服务端会判断 UID/PID 是否满足访问权限，而对外只暴露客户端，加强了系统的安全性。
1.7.4 语言方面
Linux 是基于 C 语言的，C 语言是面向过程的，Android 应用层和 Java Framework 是基于 Java 语言的，Java 语言是面向对象的。Binder 本身符合面向对象的思想，因此作为 Android 的通信机制更合适。
从这四个方面来看，Linux 提供的大部分 IPC 机制无法和 Binder 相比较，而共享内存只在性能方面优于 Binder，其他方面都劣于 Binder，这些就是 Android 要使用 Binder 来进行进程间通信的原因，当然系统中并不是所有进程通信都采用了 Binder，而是根据场景选择最合适，比如 Zygote 进程与 AMS 通信使用的是 Socket，Kill Process采用的是信号。
