【SUBJECT技术】OpenHarmony IPC 之ServiceAbility应用（系统架构）

一、重要性

OpenHarmony IPC 之ServiceAbility应用极其广泛。例如在OpenHarmony以下四个目录共找到约1087个子系统用到了这种机制，其重要性可见一斑。 grep -nr "::OnRemoteRequest" ./foundation/ ./base/ ./drivers/ ./kernel/ 调试时OnRemoteRequest()函数是必经之路，服务端函数有没有调起就在这里“打桩”或输出日志。

Client-Server软件模型外加Interface接口共同组成了OpenHarmony诸多子系统的架构，使其系统的稳定性、扩展性以及进程通信能力得到加强。子系统中均可见到Interface接口目录、Framework客户端目录以及Service服务端目录，工作重点一般集中在Service服务端，如下图所示。

这种软件架构提供了丰富的软件接口，又提供了灵活的接口组织策略，很容易将一个子系统与另一个子系统相连接，形成一个有机的整体。典型的通路是Foundation→Base→Drivers(Third_paty)

传统紧凑的软件架构因扩展性、稳定性饱受诟病，与其形成了鲜明对比，如下图：

说明 以下部分内容来自参考链接，他们已经整理的很好了，此处是借花献佛！

二、IPC 介绍

IPC（Inter-Process Communication）

IPC是用于进程间通信的技术，指的是进程间的数据交互过程。它包括各种形式的消息传递，共享资源，以及同步对象，如互斥量等，以确保安全的并发访问共享资源。IPC通常使用Binder驱动，主要用于设备内的跨进程通信，如OpenHarmony系统中的进程间通信。

IPC与RPC（Remote Procedure Call）机制用于实现跨进程通信，不同的是前者使用Binder驱动，用于设备内的跨进程通信，而后者使用软总线驱动，用于跨设备跨进程通信。IPC和RPC通常采用客户端-服务器（Client-Server）模型，服务请求方（Client）可获取提供服务提供方（Server）的代理 （Proxy），并通过此代理读写数据来实现进程间的数据通信。通常，系统能力（System Ability）Server侧会先注册到系统能力管理者（System Ability Manager，缩写SAMgr）中，SAMgr负责管理这些SA并向Client提供相关的接口。Client要和某个具体的SA通信，必须先从SAMgr中获取该SA的代理，然后使用代理和SA通信。三方应用可以使用FA提供的接口绑定服务提供方的Ability，获取代理，进行通信。下文使用Proxy表示服务请求方，Stub表示服务提供方。

总结来说，IPC是进程间通信的方式，侧重于进程内的数据共享和资源管理。IPC通信机制架构图如下：

IPC代码目录

约束

• 单个设备上跨进程通信时，传输的数据量最大约为1MB，过大的数据量请使用匿名共享内存。
• 不支持在RPC中订阅匿名Stub对象（没有向SAMgr注册Stub对象）的死亡通知。
• 不支持把跨设备的Proxy对象传递回该Proxy对象所指向的Stub对象所在的设备，即指向远端设备Stub的Proxy对象不能在本设备内进行二次跨进程传递。

三、ServiceAbility应用

编译依赖

sdk依赖：

external_deps = [
  "ipc:ipc_core",
]

此外， IPC/RPC依赖的refbase实现在公共基础库下，请增加对utils的依赖：

external_deps = [
  "c_utils:utils",
]

说明 通过SA的标识和设备NetworkId，从SAMgr获取Proxy，通过Proxy实现与Stub的跨进程通信。

实现跨进程通信的基本步骤：

1. 定义接口类 接口类继承IRemoteBroker，定义描述符、业务函数和消息码。
2. 实现服务提供端(Stub) Stub继承IRemoteStub(Native)，除了接口类中未实现方法外，还需要实现AsObject方法及OnRemoteRequest方法。
3. 实现服务请求端(Proxy) Proxy继承IRemoteProxy(Native)，封装业务函数，调用SendRequest将请求发送到Stub。
4. 注册SA 服务提供方所在进程启动后，申请SA的唯一标识，将Stub注册到SAMgr。
5. 获取SA 通过SA的标识和设备NetworkId，从SAMgr获取Proxy，通过Proxy实现与Stub的跨进程通信。

IPC接口说明

类/接口	方法	功能说明
IRemoteBroker	sptr<IRemoteObject> AsObject()	返回通信对象。Stub端返回RemoteObject对象本身，Proxy端返回代理对象。
IRemoteStub	virtual int OnRemoteRequest(uint32_t code, MessageParcel &data, MessageParcel &reply, MessageOption &option)	请求处理方法，派生类需要重写该方法用来处理Proxy的请求并返回结果。
IRemoteProxy	Remote()->SendRequest(code, data, reply, option)	消息发送方法，业务的Proxy类需要从IRemoteProxy类派生，该方法用来向对端发送消息。

使用说明

1. 定义IPC接口ITestAbility

IPC接口继承IPC基类接口IRemoteBroker，接口里定义描述符、业务函数和消息码，其中业务函数在Proxy端和Stub端都需要实现。

class ITestAbility : public IRemoteBroker {
public:
    // DECLARE_INTERFACE_DESCRIPTOR是必须的， 入参需使用std::u16string；
    DECLARE_INTERFACE_DESCRIPTOR(u"test.ITestAbility"); // DESCRIPTOR接口描述符建议使用"组件名.类名"的格式
    int TRANS_ID_PING_ABILITY = 1; // 定义消息码
    virtual int TestPingAbility(const std::u16string &dummy) = 0; // 定义业务函数
};

2. 定义和实现服务端TestAbilityStub

该类是和IPC框架相关的实现，需要继承自IRemoteStub<ITestAbility>。Stub端作为接收请求的一端，需重写OnRemoteRequest方法用于接收客户端调用。

class TestAbilityStub : public IRemoteStub<ITestAbility> {
public:
    virtual int OnRemoteRequest(uint32_t code, MessageParcel &data, MessageParcel &reply, MessageOption &option) override;
    int TestPingAbility(const std::u16string &dummy) override;
};

int TestServiceStub::OnRemoteRequest(uint32_t code,
    MessageParcel &data, MessageParcel &reply, MessageOption &option)
{
    if (data.ReadInterfaceToken() != GetDescriptor()) { //校验是否为本服务的接口描述符，避免中继攻击
        return -1;
    }
    switch (code) {
        case TRANS_ID_PING_ABILITY: {
            std::u16string dummy = data.ReadString16();
            int result = TestPingAbility(dummy);
            reply.WriteInt32(result);
            return 0;
        }
        default:
            return IPCObjectStub::OnRemoteRequest(code, data, reply, option);
    }
}

3. 定义服务端业务函数具体实现类TestAbility

class TestAbility : public TestAbilityStub {
public:
    int TestPingAbility(const std::u16string &dummy);
}

int TestAbility::TestPingAbility(const std::u16string &dummy) {
    return 0;
}

4. 定义和实现客户端TestAbilityProxy

该类是Proxy端实现，继承自IRemoteProxy<ITestAbility>，调用SendRequest接口向Stub端发送请求，对外暴露服务端提供的能力。

class TestAbilityProxy : public IRemoteProxy<ITestAbility> {
public:
    explicit TestAbilityProxy(const sptr<IRemoteObject> &impl);
    int TestPingService(const std::u16string &dummy) override;
private:
    static inline BrokerDelegator<TestAbilityProxy> delegator_; // 方便使用iface_cast宏
}

TestAbilityProxy::TestAbilityProxy(const sptr<IRemoteObject> &impl)
    : IRemoteProxy<ITestAbility>(impl)
{
}

int TestAbilityProxy::TestPingService(const std::u16string &dummy) {
    MessageOption option;
    MessageParcel dataParcel, replyParcel;
    if(!dataParcel.WriteInterfaceToken(GetDescriptor())) { //所有对外接口的proxy实现都要写入接口描述符，用于stub端检验
        return -1;
    }
    if(!dataParcel.WriteString16(dummy)) {
        return -1;
    }
    int error = Remote()->SendRequest(TRANS_ID_PING_ABILITY, dataParcel, replyParcel, option);
    int result = (error == ERR_NONE) ? replyParcel.ReadInt32() : -1;
    return result;
}

5. 同步调用与异步调用

MessageOption作为发送接口（原型如下）的入参，可设定同步（TF_SYNC）、异步（TF_ASYNC），默认情况下设定为同步，其余可通过MessageOption构造方法或void SetFlags(int flags)设定。

    int SendRequest(uint32_t code, MessageParcel &data,
        MessageParcel &reply, MessageOption &option) override;
    MessageOption option;
    option.setFlags(option.TF_ASYNC);

6. SA注册与启动

SA需要将自己的TestAbilityStub实例通过AddSystemAbility接口注册到SystemAbilityManager，设备内与分布式的注册参数不同。

// 注册到本设备内
auto samgr = SystemAbilityManagerClient::GetInstance().GetSystemAbilityManager();
samgr->AddSystemAbility(said, new TestAbility());

// 在组网场景下，会被同步到其他设备上
auto samgr = SystemAbilityManagerClient::GetInstance().GetSystemAbilityManager();
ISystemAbilityManager::SAExtraProp saExtra;
saExtra.isDistributed = true; // 设置为分布式SA
int result = samgr->AddSystemAbility(said, new TestAbility(), saExtra);

7. SA获取与调用

通过SystemAbilityManager的GetSystemAbility方法可获取到对应SA的代理IRemoteObject，然后构造TestAbilityProxy即可。

// 获取本设备内注册的SA的proxy
sptr<ISystemAbilityManager> samgr = SystemAbilityManagerClient::GetInstance().GetSystemAbilityManager();
sptr<IRemoteObject> remoteObject = samgr->GetSystemAbility(said);
sptr<ITestAbility> testAbility = iface_cast<ITestAbility>(remoteObject); // 使用iface_cast宏转换成具体类型

// 获取其他设备注册的SA的Proxy
sptr<ISystemAbilityManager> samgr = SystemAbilityManagerClient::GetInstance().GetSystemAbilityManager();
sptr<IRemoteObject> remoteObject = samgr->GetSystemAbility(sdid, deviceId); // deviceId是指定设备的标识符
sptr<TestAbilityProxy> proxy(new TestAbilityProxy(remoteObject)); // 直接构造具体Proxy

参考链接

• Openharmony IPC通信(L2) ： https://www.51cto.com/article/701821.html
• 鸿蒙Service Ability的前世今生--基础篇：https://blog.csdn.net/procedurecode/article/details/130222081
• HarmonyOS4.0——IPC与RPC通信： https://zhuanlan.zhihu.com/p/681121447