안드로이드 - 바인더

• 바인더?
  : 원래 IPC(Inter Process Communication) 도구이지만 안드로이드에서는 다른 프로세스에 있는 함수를 마치 현재 프로세스에 존재하는 함수처럼 사용할 수 있게 해주는 RPC(Remote Procedure Call)를 지원하는 데 주로 이용
  - 안드로이드에서 바인더 드라이버를 추가해서 프로세스 간 통신을 수행하는 이유? 
   : 리눅스의 뛰어난 메모리 관리 기법을 그대로 채용함으로써 커널 공간을 통한 데이터 전달시 데이터의 신뢰성을 확보
   : 사용자 공간에서 접근할 수 없는 공간인 커널 공간을 이용해 데이터를 주고 받기 때문에 IPC 간의 보안 문제도 동시에 해결
  

    
  
  
  

• 리눅스 메모리 공간과 바인더 드라이버
  : 안드로이드의 프로세스는 리눅스와 마찬가지로 프로세스만의 고유한 가상 주소 공간에서 실행
  : 총 4GB에 달하는 가상 주소 공간은 3GB의 사용자 공간과 1GB의 커널 공간으로 나뉜다(커널 설정으로 변경 가능함)
  : 사용자 코드와 관련 라이브러리는 사용자 공간의 코드 영역, 데이터 영역, 스택 영역에서 동작하고, 커널 공간에서 동작해야 할 코드는 커널 공간의 각 영역에서 동작
  : 서로 다른 프로세스들은 커널 공간에서 실행하는 태스크와 데이터, 코드는 서로 공유
  : 바인더 드라이버에 존재하는 다양한 구조체는 대부분 레드 블랙 트리로 관리
  
  
  

• 안드로이드 바인더 모델
  : 핸들은 서비스를 구별하는 번호, 어떤 서비스에 바인더 IPC 데이터를 전달해야 하는지를 결정
  : RPC 코드와 RPC 데이터는 서비스에 호출할 함수와 함수의 인자
  : 바인더 프로토콜은 IPC 데이터의 처리 방법
  

  
  
  - 바인더 IPC 데이터의 전달
   : 바인더를 통해 RPC를 시도하는 응용 프로그램은 open() 시스템 콜을 통해 바인더 드라이버의 파일 디스크립터를 얻는다.
   : mmap() 시스템콜을 통해 커널 내에서 IPC 데이터를 수신하기 위한 공유 공간을 확보한다.
   : ioctl() 함수의 인자로 바인더 드라이브에 IPC 데이터를 전달한다.
  
  
  
  - 바인더 IPC 데이터의 흐름
   ■ 서비스 계층: 특정 기능을 수행하는 서비스의 함수가 존재하는 계층이다. 서비스 클라이언트는 이 계층에서 사용하고자 하는 서비스의 함수를 가상으로 호출하고, 서비스 서버는 서비스 클라이언트가 요청한 서비스의 함수를 실제로 호출한다.
   ■ RPC 계층: 서비스 클라이언트는 이 계층에서 서비스의 함수를 호출하기 위한 RPC 코드와 RPC 데이터를 생성한다. 서비스 서버는 전달받은 RPC 코드를 토대로 함수를 찾고 RPC 데이터를 전달한다.
   ■ IPC 계층: RPC 계층에서 만든 RPC 코드와 RPC 데이터를 바인더 드라이버에 전달하기위한 바인더 IPC 데이터로 캡슐화하는 역할을 한다. 실제로 서비스 클라이언트는 서비스 서버에 존재하는 서비스의 함수를 사용하기 위해 각 함수에 해당하는 식별자를 바인더 IPC 데이터에 담아 전달하는데, 이를 RPC 코드라 하며 함수의 인자 역시 IPC 데이터에 담아 전달하는데, 이것은 RPC 데이터라고 한다.
   ■ 바인더 드라이버 계층: IPC 계층으로부터 전달받은 바인더 IPC 데이터를 통해 서비스를 가진 서비스서버를 찾은 후 IPC 데이터를 전달한다.
  
  
  - 바인더 어드레싱
   : 바인더 드라이버는 IPC 데이터의 핸들을 가지고 서비스 서버를 찾는데, 이러한 과정을 바인더 어드레싱(Binder Addressing)이라고 정의
   : 다양한 서비스를 모두 목록화해서 관리하는 컨텍스트 매니저라는 특별한 프로세스가 서비스마다 핸들(바인더 IPC의 목적지 주소로 사용)라는 번호 값을 할당하고, 서비스 추가/검색 등의 관리 기능을 수행
  
   ■ 서비스 등록
    : 바인더 어드레싱을 위해 서비스 서버는 자신이 가진 서비스에 대한 접근 정보를 컨텍스트 매니저에 등록해야 한다.
    : 안드로이드 부팅 단계에서 끝나고, 등록이 끝나면 컨텍스트 매니저의 서비스 목록, 바인더 드라이버의 바인더 노드, 그리고 서비스 서버들의 서비스가 연결되어 다른 프로세스가 사용가능한 상태가 된다.
    : 서비스 서버와 컨텍스트 매니저 사이의 IPC
  
   
   ■ 서비스 검색
    : 서비스 클라이언트와 컨텍스트 매니저 사이의 IPC
  

  

  
   ■ 서비스 사용
    : 서비스 클라이언트와 서비스 서버 사이의 IPC
  
  
  ※ mmap
   
    : 일반적으로 커널 공간에서 사용자 공간으로 데이터를 전달하기 위해서는 copy_to_user() 함수를 이용해서 사용자 공간으로 데이터를 복사한다.
    : but, 대용량의 데이터를 응용 프로그램과 주고 받아야 하는 상황에서 read, write, ioctl 같은 시스템 콜 함수를 쓴다면 매우 비효율적이며, 커널 공간이 부족할수 있다. -> 문제점을 해결하기 위해 mmap을 사용, 응용 프로그램이 커널의 물리 메모리에 직접 접근 가능하도록 해 준다.
    : 바인더를 이용하는 프로세스는 바인더 드라이버의 mmap() 함수를 통해 사용자 공간과 매핑된 바인더 mmap 영역을 만든다. 그리고 바인더 드라이버는 커널 공간의 데이터 수신영역에 데이터를 저장만하고, 사용자 공간에 mmap 된 영역의 정보만 알려준다. 따라서 프로세스는 사용자 공간의 mmap 된 영역의 주소만 알고 있어도 커널 공간에 존재하는 데이터를 참조 할 수 있다.
    : 이 함수의 주요 목적은 사용자 프로세스가 전달한 크기만큼 커널 공간에 IPC 데이터 수신 버퍼를 확보하는 것이다.
  
  

• 정리
   : 바인더는 안드로이드의 서비스를 보유한 서비스 서버, 서비스를 사용하고자 하는 서비스 클라이언트, 서비스의 위치를 알려주는 컨텍스트 매니저, 그리고 이들 모두를 중재하는 바인더 드라이버로 구성된다.