第5章 深入理解 PowerManagerService
博客源址：http://wiki.jikexueyuan.com/project/deep-android-v2/powermanagerservice.html
本章主要内容：
· 深入分析PowerManagerService
· 深入分析BatteryService和BatteryStatsService
本章所涉及的源代码文件名及位置：
· PowerManagerService.java
frameworks/base/services/java/com/android/server/PowerManagerService.java
· com_android_server_PowerManagerService.cpp
frameworks/base/services/jni/com_android_server_PowerManagerService.cpp
· PowerManager.java
frameworks/base/core/java/android/os/PowerManager.java
· WorkSoure.java
frameworks/base/core/java/android/os/WorkSoure.java
· Power.java
frameworks/base/core/java/android/os/Power.java
· android_os_Power.cpp
frameworks/base/core/jni/android_os_Power.cpp
· com_android_server_InputManager.cpp
frameworks/base/services/jni/com_android_server_InputManager.cpp
· LightService.java
frameworks/base/services/java/com/android/server/LightService.java
· com_android_server_LightService.cpp
frameworks/base/services/jni/com_android_server_LightService.cpp
· BatteryService.java
frameworks/base/services/java/com/android/server/BatteryService.java
· com_android_server_BatteryService.cpp
frameworks/base/services/jni/com_android_server_BatteryService.cpp
· ActivityManagerService.java
frameworks/base/services/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java
· BatteryStatsService.java
frameworks/base/services/java/com/android/server/am/BatteryStatsService.java
· BatteryStatsImpl.java
frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/BatteryStatsImpl.java
· LocalPowerManager.java
frameworks/base/core/java/android/os/LocalPowerManager.java
5.1 概述
PowerManagerService负责Andorid系统中电源管理方面的工作。作为系统核心服务之一，PowerManagerService与其他服务及HAL层等都有交互关系，所以PowerManagerService相对PackageManager来说，其社会关系更复杂，分析难度也会更大一些。
先来看直接与PowerManagerService有关的类家族成员，如图5-1所示
图5-1 PowerManagerService及相关类家族
由图5-1可知：
· PowerManagerService从IPowerManager.Stub类派生，并实现了Watchdog.Monitor及LocalPowerManager接口。PowerManagerService内部定义了较多的成员变量，在后续分析中，我们会对其中比较重要的成员逐一进行介绍。
· 根据第4章介绍的知识，IPowerManager.Stub及内部类Proxy均由aidl工具处理PowerManager.aidl后得到。
· 客户端使用PowerManager类，其内部通过代表BinderProxy端的mService成员变量与PowerManagerService进行跨Binder通信。
现在开始PowerManagerService（以后简写为PMS）的分析之旅，先从它的调用流程入手。
提示PMS和BatteryService、BatteryStatsService均有交互关系，这些内容放在后面分析。
5.2 初识PowerManagerService
PMS由SystemServer在ServerThread线程中创建。这里从中提取了4个关键调用点，如下所示：
[-->SystemServer.java]
......//ServerThread的run函数
power =new PowerManagerService();//①创建PMS对象
ServiceManager.addService(Context.POWER_SERVICE, power);//注册到SM中
......
//②调用PMS的init函数
power.init(context,lights, ActivityManagerService.self(), battery);
......//其他服务
power.systemReady();//③调用PMS的systemReady
......//系统启动完毕，会收到ACTION_BOOT_COMPLETED广播
//④PMS处理ACTION_BOOT_COMPLETED广播
先从第一个关键点即PMS的构造函数开始分析。
5.2.1 PMS构造函数分析
PMS构造函数的代码如下：
[-->PowerManagerService.java::构造函数]
PowerManagerService() {
longtoken = Binder.clearCallingIdentity();
MY_UID =Process.myUid();//取本进程（即SystemServer）的uid及pid
MY_PID =Process.myPid();
Binder.restoreCallingIdentity(token);
//设置超时时间为1周。Power类封装了同Linux内核交互的接口。本章最后再来分析它
Power.setLastUserActivityTimeout(7*24*3600*1000);
//初始化两个状态变量，它们非常有意义。其具体作用后续再分析
mUserState= mPowerState = 0;
//将自己添加到看门狗的监控管理队列中
Watchdog.getInstance().addMonitor(this);
}
PMS的构造函数比较简单。值得注意的是mUserState和mPowerState两个成员，至于它们的具体作用，后续分析时自会知晓。
下面分析第二个关键点。
5.2.2 init分析
第二个关键点是init函数，该函数将初始化PMS内部的一些重要成员变量，由于此函数代码较长，此处将分段讨论。
从流程角度看，init大体可分为三段。
1. init分析之一
[-->PowerManagerService.java::init函数]
void init(Context context, LightsService lights,IActivityManager activity,
BatteryService battery) {
//①保存几个成员变量
mLightsService = lights;//保存LightService
mContext= context;
mActivityService = activity;//保存ActivityManagerService
//保存BatteryStatsService
mBatteryStats = BatteryStatsService.getService();//
mBatteryService = battery;//保存BatteryService
//从LightService中获取代表不同硬件Light的Light对象
mLcdLight= lights.getLight(LightsService.LIGHT_ID_BACKLIGHT);
mButtonLight = lights.getLight(LightsService.LIGHT_ID_BUTTONS);
mKeyboardLight = lights.getLight(LightsService.LIGHT_ID_KEYBOARD);
mAttentionLight = lights.getLight(LightsService.LIGHT_ID_ATTENTION);
//②调用nativeInit函数
nativeInit();
synchronized (mLocks) {
updateNativePowerStateLocked();//③更新Native层的电源状态
}
第一阶段工作可分为三步：
· 对一些成员变量进行赋值。
· 调用nativeInit函数初始化Native层相关资源。
· 调用updateNativePowerStateLocked更新Native层的电源状态。这个函数的调用次数较为频繁，以后续分析时讨论。
先来看第一阶段出现的各类成员变量，如表5-1所示。
表5-1 成员变量说明
| 成员变量名 |
数据类型 |
作用 |
| mLightsService |
LightsService |
和LightsService交互用 |
| mActivityService |
IActivityManager |
和ActivityManagerService交互 |
| mBatteryStats |
IBatteryStats |
和BatteryStatsService交互，用于系统耗电量统计方面的工作 |
| mBatteryService |
BatteryService |
用于获取电源状态，例如是否为低电状态、查询电池电量等 |
| mLcdLight、mButtonLight、 mKeyboardLight、mAttentionLight |
LightsService.Light |
由PMS控制，在不同状态下点亮或熄灭它们 |
下面来看nativeInit函数，其JNI层实现代码如下：
[-->com_android_server_PowerManagerService.cpp]
static void android_server_PowerManagerService_nativeInit(JNIEnv*env,
jobject obj) {
//非常简单，就是创建一个全局引用对象gPowerManagerServiceObj
gPowerManagerServiceObj = env->NewGlobalRef(obj);
}
init第一阶段工作比较简单，下面进入第二阶段的分析。
2. init分析之二
init第二阶段工作将创建两个HandlerThread对象，即创建两个带消息循环的工作线程。PMS本身由ServerThread线程创建，并且将自己的工作委托给这两个线程，它们分别是：
· mScreenOffThread：按Power键关闭屏幕时，屏幕不是突然变黑的，而是一个渐暗的过程。mScreenOffThread线程就用于控制关屏过程中的亮度调节。
· mHandlerThread：该线程是PMS的主要工作线程。
先来看这两个线程的创建。
（1） mScreenOffThread和mHandlerThread分析
[-->PowerManagerService.java::init函数]
......
mScreenOffThread= new HandlerThread("PowerManagerService.mScreenOffThread") {
protected void onLooperPrepared() {
mScreenOffHandler = new Handler();//向这个handler发送的消息，将由此线程处理
synchronized (mScreenOffThread) {
mInitComplete = true;
mScreenOffThread.notifyAll();
}
}
};
mScreenOffThread.start();//创建对应的工作线程
synchronized (mScreenOffThread) {
while(!mInitComplete) {
try {//等待mScreenOffThread线程创建完成
mScreenOffThread.wait();
} ......
}
}
注意，在Android代码中经常出现“线程A创建线程B，然后线程A等待线程B创建完成”的情况，读者了解它们的作用即可。接着看以下代码。
[-->PowerManagerService.java::init函数]
mInitComplete= false;
//创建 mHandlerThread
mHandlerThread = new HandlerThread("PowerManagerService") {
protectedvoid onLooperPrepared() {
super.onLooperPrepared();
initInThread();//①初始化另外一些成员变量
}
};
mHandlerThread.start();
......//等待mHandlerThread创建完成
由于mHandlerThread承担了PMS的主要工作任务，因此需要先做一些初始化工作，相关的代码在initInThread中，拟放在单独一节中进行讨论。
（2） initInThread分析
initInThread本身比较简单，涉及三个方面的工作，总结如下：
· PMS需要了解外面的世界，所以它会注册一些广播接收对象，接收诸如启动完毕、电池状态变化等广播。
· PMS所从事的电源管理工作需要遵守一定的规则，而这些规则在代码中就是一些配置参数，这些配置参数的值可以是固定写死的（编译完后就无法改动），也可以是经由Settings数据库动态设定的。
· PMS需要对外发出一些通知，例如屏幕关闭/屏幕开启。
了解initInThread的概貌后，再来看如下代码。
[-->PowerManagerService.java::initInThread]
void initInThread() {
mHandler= new Handler();
//PMS内部也需要使用WakeLock，此处定义了几种不同的UnsynchronizedWakeLock。它们的
//作用见后文分析
mBroadcastWakeLock = newUnsynchronizedWakeLock(
PowerManager.PARTIAL_WAKE_LOCK, "sleep_broadcast", true);
//创建广播通知的Intent，用于通知SCREEN_ON和SCREEN_OFF消息
mScreenOnIntent = new Intent(Intent.ACTION_SCREEN_ON);
mScreenOnIntent.addFlags(Intent.FLAG_RECEIVER_REGISTERED_ONLY);
mScreenOffIntent = new Intent(Intent.ACTION_SCREEN_OFF);
mScreenOffIntent.addFlags(Intent.FLAG_RECEIVER_REGISTERED_ONLY);
//取配置参数，这些参数是编译时确定的，运行过程中无法修改
Resourcesresources = mContext.getResources();
mAnimateScreenLights = resources.getBoolean(
com.android.internal.R.bool.config_animateScreenLights);
......//见下文的配置参数汇总
//通过数据库设置的配置参数
ContentResolver resolver =mContext.getContentResolver();
Cursor settingsCursor =resolver.query(Settings.System.CONTENT_URI, null,
......//设置查询条件和查询项的名字，见后文的配置参数汇总
null);
//ContentQueryMap是一个常用类，简化了数据库查询工作。读者可参考SDK中该类的说明文档
mSettings= new ContentQueryMap(settingsCursor, Settings.System.NAME,
true, mHandler);
//监视上边创建的ContentQueryMap中内容的变化
SettingsObserver settingsObserver = new SettingsObserver();
mSettings.addObserver(settingsObserver);
settingsObserver.update(mSettings, null);
//注册接收通知的BroadcastReceiver
IntentFilter filter = new IntentFilter();
filter.addAction(Intent.ACTION_BATTERY_CHANGED);
mContext.registerReceiver(new BatteryReceiver(), filter);
filter =new IntentFilter();
filter.addAction(Intent.ACTION_BOOT_COMPLETED);
mContext.registerReceiver(new BootCompletedReceiver(), filter);
filter =new IntentFilter();
filter.addAction(Intent.ACTION_DOCK_EVENT);
mContext.registerReceiver(new DockReceiver(), filter);
//监视Settings数据中secure表的变化
mContext.getContentResolver().registerContentObserver(
Settings.Secure.CONTENT_URI, true,
new ContentObserver(new Handler()) {
public void onChange(boolean selfChange) {
updateSettingsValues();
}
});
updateSettingsValues();
......//通知其他线程
}
在上述代码中，很大一部分用于获取配置参数。同时，对于数据库中的配置值，还需要建立监测机制，细节部分请读者自己阅读相关代码，这里总结一下常用的配置参数，如表5-2所示。
表5-2 PMS使用的配置参数
| 参数名:类型 |
来源 |
备注 |
| mAnimateScreenLights:bool |
config.xml[①] |
关屏时屏幕光是否渐暗，默认为true |
| mUnplugTurnsOnScreen:bool |
config.xml |
拔掉USB线，是否点亮屏幕 |
| mScreenBrightnessDim:int |
config.xml |
PMS可设置的屏幕亮度的最小值，默认20（单位lx） |
| mUseSoftwareAutoBrightness:bool |
config.xml |
是否启用Setting中的亮度自动调节，如果硬件不支持该功能，则可由软件控制。默认为false |
| mAutoBrightnessLevels:int[] mLcdBacklightValues:int[] ...... |
config.xml，具体值由硬件厂商定义 |
当使用软件自动亮度调节时，需配置不同亮度时对应的参数 |
| STAY_ON_WHILE_PLUGGED_IN:int |
Settings.db |
插入USB时是否保持唤醒状态 |
| SCREEN_OFF_TIMEOUT:int |
Settings.db |
屏幕超时时间 |
| DIM_SCREEN:int |
Settings.db |
是否变暗（dim）屏幕 |
| SCREEN_BRIGHTNESS_MODE:int |
Settings.db |
屏幕亮度模式（自动还是手动调节） |
除了获取配置参数外，initInThread还创建了好几个UnsynchronizedWakeLock对象，它的作用是：在Android系统中，为了抢占电力资源，客户端要使用WakeLock对象。PMS自己也不例外，所以为了保证在工作中不至于突然掉电（当其他客户端都不使用WakeLock的时候，这种情况理论上是有可能发生的），PMS需要定义供自己使用的WakeLock。由于线程同步方面的原因，PMS封装了一个UnsynchronizedWakeLock结构，它的调用已经处于锁保护下，所以在内部无需再做同步处理。UnsynchronizedWakeLock比较简单，因此不再赘述。
下面来看init第三阶段的工作。
3. init分析之三
[-->PowerManagerService.java::init函数]
nativeInit();//不知道此处为何还要调用一次nativeInit，笔者怀疑此处为bug
synchronized (mLocks) {
updateNativePowerStateLocked();//更新native层power状态，以后分析
forceUserActivityLocked();//强制触发一次用户事件
mInitialized = true;
}//init函数完毕
forceUserActivityLocked表示强制触发一次用户事件。这个解释是否会让读者丈二和尚摸不着头？先来看它的代码：
[-->PowerManagerService.java:: forceUserActivityLocked]
private void forceUserActivityLocked() {
if(isScreenTurningOffLocked()) {
mScreenBrightness.animating = false;
}
boolean savedActivityAllowed =mUserActivityAllowed;
mUserActivityAllowed = true;
//下面这个函数以后会分析， SDK中有对应的API
userActivity(SystemClock.uptimeMillis(), false);
mUserActivityAllowed= savedActivityAllowed;
}
forceUserActivityLocked内部就是为调用userActivity扫清一切障碍。对于SDK中PowerManager.userActivity的说明文档“User activity happened.Turnsthe device from whatever state it's in to full on, and resets the auto-offtimer.”简单翻译过来是：调用此函数后，手机将被唤醒。屏幕超时时间将重新计算。
userActivity是PMS中很重要的一个函数，本章后面将对其进行详细分析。
4. init函数总结
PMS的init函数比较简单，但是其众多的成员变量让人感到有点头晕。读者自行阅读代码时，不妨参考表5-1和表5-2。
5.2.3 systemReady分析
下面来分析PMS第三阶段的工作。此时系统中大部分服务都已创建好，即将进入就绪阶段。就绪阶段的工作在systemReady中完成，代码如下：
[-->PowerManagerService.java::systemReady]
void systemReady() {
/*
创建一个SensorManager，用于和系统中的传感器系统交互，由于该部分涉及较多的native层
代码，因此将相关内容放到本书后续章节进行讨论
*/
mSensorManager = new SensorManager(mHandlerThread.getLooper());
mProximitySensor = mSensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_PROXIMITY);
if(mUseSoftwareAutoBrightness) {
mLightSensor =mSensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_LIGHT);
}
if(mUseSoftwareAutoBrightness) {
setPowerState(SCREEN_BRIGHT);
} else {//不考虑软件自动亮度调节，所以执行下面这个分支
setPowerState(ALL_BRIGHT);//设置手机电源状态为ALL_BRIGHT，即屏幕、按键灯都打开
}
synchronized (mLocks) {
mDoneBooting = true;
//根据情况启用LightSensor
enableLightSensorLocked(mUseSoftwareAutoBrightness&&mAutoBrightessEnabled);
longidentity = Binder.clearCallingIdentity();
try {//通知BatteryStatsService，它将统计相关的电量使用情况，后续再分析它
mBatteryStats.noteScreenBrightness(getPreferredBrightness());
mBatteryStats.noteScreenOn();
}......
}
systemReady主要工作为：
· PMS创建SensorManager，通过它可与对应的传感器交互。关于Android传感器系统，将放到本书后续章节讨论。PMS仅仅启用或禁止特定的传感器，而来自传感器的数据将通过回调的方式通知PMS，PMS根据接收到的传感器事件做相应处理。
· 通过setPowerState函数设置电源状态为ALL_BRIGHT（不考虑UseSoftwareAutoBrightness的情况）。此时屏幕及键盘灯都会点亮。关于setPowrState函数，后文再做详细分析。
· 调用BatteryStatsService提供的函数，以通知屏幕打开事件，在BatteryStatsService内部将处理该事件。稍后，本章将详细讨论BatteryStatsService的功能。
当系统中的服务都在systemReady中进行处理后，系统会广播一次ACTION_BOOT_COMPLETED消息，而PMS也将处理该广播，下面来分析。
5.2.4 BootComplete处理
[-->PowerManagerService.java::BootCompletedReceiver]
private final class BootCompletedReceiver extendsBroadcastReceiver {
publicvoid onReceive(Context context, Intent intent) {
bootCompleted();//调用PMS的bootCompleted函数
}
}
[-->PowerManagerService.java::bootCompleted函数]
void bootCompleted() {
synchronized (mLocks) {
mBootCompleted = true;
//再次碰见userActivity，根据前面的描述，此时将重新计算屏幕超时时间
userActivity(SystemClock.uptimeMillis(), false, BUTTON_EVENT, true);
updateWakeLockLocked();//此处先分析这个函数
mLocks.notifyAll();
}
}
在以上代码中，再一次遇见了userActivity，暂且对其置之不理。先分析updateWakeLockLocked函数，其代码如下：
private void updateWakeLockLocked() {
/*
mStayOnConditions用于控制当插上USB时，手机是否保持唤醒状态。
mBatteryService的isPowered用于判断当前是否处于USB充电状态。
如果满足下面的if条件满，则PMS需要使用wakeLock来确保系统不会掉电
*/
if(mStayOnConditions != 0 &&mBatteryService.isPowered(mStayOnConditions)) {
mStayOnWhilePluggedInScreenDimLock.acquire();
mStayOnWhilePluggedInPartialLock.acquire();
} else {
//如果不满足if条件，则释放对应的wakeLock，这样系统就可以进入休眠状态
mStayOnWhilePluggedInScreenDimLock.release();
mStayOnWhilePluggedInPartialLock.release();
}
}
mStayOnWhilePluggedInScreenDimLock和mStayOnWhilePluggedInPartialLock都为UnsynchronizedWakeLock类型，它们封装了WakeLock，可帮助PMS在使用它们时免遭线程同步之苦。
5.2.5 初识PowerManagerService总结
这一节向读者展示了PMS的大体面貌，包括：
· 主要的成员变量及它们的作用和来历。如有需要，可查阅表5-1和5-2。
· 见识了PMS中几个主要的函数，其中有一些将留到后文进行深入分析，现在只需要了解其大概作用即可。
5.3 PMS WakeLock分析
WakeLock是Android提供给应用程序获取电力资源的唯一方法。只要还有地方在使用WakeLock，系统就不会进入休眠状态。
WakeLock的一般使用方法如下：
PowerManager pm = (PowerManager)getSystemService(Context.POWER_SERVICE);
//①创建一个WakeLock，注意它的参数
PowerManager.WakeLock wl =pm.newWakeLock(PowerManager.SCREEN_DIM_WAKE_LOCK,
"MyTag");
wl.acquire();//②获取该锁
......//工作
wl.release();//③释放该锁
以上代码中共列出三个关键点，本章将分析前两个（在此基础上，读者可自行分析release函数）。
这3个函数都由PMS的Binder客户端的PowerManager使用，所以将本次分析划分为客户端和服务端两大部分。
5.3.1 WakeLock客户端分析
1. newWakeLock分析
通过PowerManager（以后简称PM）的newWakeLock将创建一个WakeLock，代码如下：
public WakeLock newWakeLock(int flags, String tag)
{
//tag不能为null，否则抛异常
return new WakeLock(flags, tag);//WakeLock为PM的内部类，第一个参数flags很关键
}
WakeLock的第一个参数flags很关键，它用于控制CPU/Screen/Keyboard的休眠状态。flags的可选值如表5-3所示。
表5-3 WakeLock 的flags参数说明
| flags值 |
CPU |
Screen |
Keyboard |
备注 |
| PARTIAL_WAKE_LOCK |
On |
Off |
Off |
不受电源键影响 |
| SCREEN_DIM_WAKE_LOCK |
On |
Dim |
Off |
按下电源键后，系统还是会进入休眠状态 |
| SCREEN_BRIGHT_WAKE_LOCK |
On |
Bright |
Off |
|
| FULL_WAKE_LOCK |
On |
Bright |
On |
|
| ACQUIRE_CAUSES_WAKEUP |
说明：在正常情况下，获取WakeLock并不会唤醒机器（例如acquire之前机器处于关屏状态，则无法唤醒）。加上该标志后，acquire WakeLock同时也能唤醒机器（即点亮屏幕等）。该标志常用于提示框、来电提醒等应用场景 |
|||
| ON_AFTER_RELEASE |
说明：和用户体验有关，当WakeLock释放后，如没有该标志，系统会立即黑屏。有了该标志，系统会延时一段时间再黑屏 |
由表5-3可知：
· WakeLock只控制CPU、屏幕和键盘三大部分。
· 表中最后两项是附加标志，和前面的其他WAKE_LOCK标志组合使用。注意， PARTIAL_WAKE_LOCK比较特殊，附加标志不能影响它。
· PARTIAL_WAKE_LOCK不受电源键控制，即按电源键不能使PARTIAL_WAKE_LOCK系统进入休眠状态（屏幕可以关闭，但CPU不会休眠）。
了解了上述知识后，再来看如下代码：
[-->PowerManager.java::WakeLock]
WakeLock(int flags, String tag)
{
//检查flags参数是否非法
mFlags =flags;
mTag =tag;
//创建一个Binder对象，除了做Token外，PMS需要监视客户端的生死状况，否则有可能导致
//WakeLock不能被释放
mToken= new Binder();
}
客户端创建WakeLock后，需要调用acquire以确保电力资源供应正常。下面对acquire代码进行分析。
2. acquire分析
[-->PowerManager.java::WakeLock.acquire函数]
public void acquire()
{
synchronized (mToken) {
acquireLocked();//调用acquireLocked函数
}
}
//acquireLoced函数
private void acquireLocked() {
if(!mRefCounted || mCount++ == 0) {
mHandler.removeCallbacks(mReleaser);//引用计数控制
try {
//调用PMS的acquirewakeLock，注意这里传递的参数，其中mWorkSource为空
mService.acquireWakeLock(mFlags, mToken, mTag, mWorkSource);
}......
mHeld =true;
}
}
上边代码中调用PMS的acquireWakeLock函数与PMS交互，该函数最后一个参数为WorkSource类。这个类从Android 2.2开始就存在，但一直没有明确的作用，下面是关于它的一段说明。
/** 见WorkSoure.java
* Describesthe source of some work that may be done by someone else.
* Currentlythe public representation of what a work source is is not
* defined;this is an opaque container.
*/
由以上注释可知，WorkSource本意用来描述某些任务的Source。传递此Source给其他人，这些人就可以执行该Source对应的工作。目前使用WorkSource的地方仅是ContentService中的SynManager。读者暂时可不理会WorkSource。
客户端的功能比较简单，和PMS仅通过acquireWakeLock函数交互。下面来分析服务端的工作。
5.3.2 PMSacquireWakeLock分析
[-->PowerManagerService.java::acquireWakeLock]
public void acquireWakeLock(int flags, IBinderlock, String tag, WorkSource ws) {
intuid = Binder.getCallingUid();
intpid = Binder.getCallingPid();
if(uid != Process.myUid()) {
mContext.enforceCallingOrSelfPermission(//检查WAKE_LOCK权限
android.Manifest.permission.WAKE_LOCK,null);
}
if(ws != null) {
//如果ws不为空，需要检查调用进程是否有UPDATE_DEVICE_STATS的权限
enforceWakeSourcePermission(uid, pid);
}
longident = Binder.clearCallingIdentity();
try{
synchronized (mLocks) {调用acquireWakeLockLocked函数
acquireWakeLockLocked(flags, lock, uid, pid, tag, ws);
}
} ......
}
接下来分析acquireWakeLockLocked函数。由于此段代码较长，宜分段来看。
1. acquireWakeLockLocked分析之一
开始分析之前，有必要先介绍另外一个数据结构，它为PowerManagerService的内部类，名字也为WakeLock。其定义如下：
[-->PowerManagerService.java]
class WakeLock implements IBinder.DeathRecipient
PMS的WakeLock实现了DeathRecipient接口。根据前面Binder系统的知识可知，当Binder服务端死亡后，Binder系统会向注册了讣告接收的Binder客户端发送讣告通知，因此客户端可以做一些资源清理工作。在本例中，PM.WakeLock是Binder服务端，而PMS.WakeLock是Binder客户端。假如PM.WakeLock所在进程在release唤醒锁（即WakeLock）之前死亡，PMS.WakeLock的binderDied函数则会被调用，这样，PMS也能及时进行释放（release）工作。对于系统的重要资源来说，采用这种安全保护措施尤其必要。
回到acquireWakeLockLocked函数，先看第一段代码：
[-->PowerManagerService.java::acquireWakeLockLocked]
public void acquireWakeLockLocked(int flags,IBinder lock, int uid,
int pid, Stringtag,WorkSource ws) {
......
//mLocks是一个ArrayList，保存PMS.WakeLock对象
int index= mLocks.getIndex(lock);
WakeLockwl;
booleannewlock;
booleandiffsource;
WorkSourceoldsource;
if (index< 0) {
//创建一个PMS.WakeLock对象，保存客户端acquire传来的参数
wl = new WakeLock(flags, lock, tag, uid, pid);
switch(wl.flags & LOCK_MASK)
{ //将flags转换成对应的minState
casePowerManager.FULL_WAKE_LOCK:
if(mUseSoftwareAutoBrightness) {
wl.minState = SCREEN_BRIGHT;
}else {
wl.minState = (mKeyboardVisible ? ALL_BRIGHT: SCREEN_BUTTON_BRIGHT);
}
break;
casePowerManager.SCREEN_BRIGHT_WAKE_LOCK:
wl.minState = SCREEN_BRIGHT;
break;
casePowerManager.SCREEN_DIM_WAKE_LOCK:
wl.minState = SCREEN_DIM;
break;
case PowerManager.PARTIAL_WAKE_LOCK:
//PROXIMITY_SCREEN_OFF_WAKE_LOCK在SDK中并未输出，原因是有部分手机并没有接近
//传感器
casePowerManager.PROXIMITY_SCREEN_OFF_WAKE_LOCK:
break;
default:
return;
}
mLocks.addLock(wl);//将PMS.WakeLock对象保存到mLocks中
if (ws!= null) {
wl.ws = new WorkSource(ws);
}
newlock= true; //设置几个参数信息，newlock表示新创建了一个PMS.WakeLock对象
diffsource = false;
oldsource = null;
}else{
//如果之前保存有PMS.WakeLock，则要判断新传入的WorkSource和之前保存的WorkSource
//是否一样。此处不讨论这种情况
......
}
在上面代码中，很重要一部分是将前面flags信息转成PMS.WakeLock的成员变量minState，下面是对转换关系的总结。
· FULL_WAKE_LOCK：当启用mUseSoftwareAutoBrightness时，minState为SCREEN_BRIGHT（表示屏幕全亮），否则为ALL_BRIGHT（屏幕、键盘、按键全亮。注意，只有在打开键盘时才能选择此项）或SCREEN_BUTTON_BRIGHT（屏幕、按键全亮）。
· SCREEN_BRIGHT_WAKE_LOCK：minState为SCREEN_BRIGHT，表示屏幕全亮。
· SCREEN_DIM_WAKE_LOCK：minState为SCREEN_DIM，表示屏幕Dim。
· 对PARTIAL_WAKE_LOCK和PROXIMITY_SCREEN_OFF_WAKE_LOCK情况不做处理。
该做的准备工作都做了，下面来看第二阶段的工作是什么。
2. acquireWakeLockLocked分析之二
代码如下：
//isScreenLock用于判断flags是否和屏幕有关，除PARTIAL_WAKE_LOCK外，其他WAKE_LOCK
//都和屏幕有关
if (isScreenLock(flags)) {
if ((flags& LOCK_MASK) == PowerManager.PROXIMITY_SCREEN_OFF_WAKE_LOCK) {
mProximityWakeLockCount++;//引用计数控制
if(mProximityWakeLockCount == 1) {
enableProximityLockLocked();//使能Proximity传感器
}
} else {
if((wl.flags & PowerManager.ACQUIRE_CAUSES_WAKEUP) != 0) {
......//ACQUIRE_CAUSES_WAKEUP标志处理
} else {
//①gatherState返回一个状态，稍后分析该函数
mWakeLockState = (mUserState | mWakeLockState) &mLocks.gatherState();
}
//②设置电源状态，
setPowerState(mWakeLockState | mUserState);
}
}
以上代码列出了两个关键函数，一个是gatherState，另外一个是setPowerState，下面来分析它们。
（1） gatherState分析
gatherState函数的代码如下：
[-->PowerManagerService.java::gatherState]
int gatherState()
{
intresult = 0;
int N =this.size();
for (inti=0; i WakeLock wl = this.get(i); if(wl.activated) if(isScreenLock(wl.flags)) result |= wl.minState;//对系统中所有活跃PMS.WakeLock的状态进行或操作 } returnresult; }
由以上代码可知，gatherState将统计当前系统内部活跃WakeLock的minState。这里为什么要“使用”或“操作”呢？举个例子，假如WakeLock A的minState为SCREEN_DIM，而WakeLock B的minState为SCREEN_BRIGHT，二者共同作用，最终的屏幕状态显然应该是SCREEN_BRIGHT。
提示读者也可参考PowerManagerService中SCREEN_DIM等变量的定义。
下面来看setPowerState，本章前面曾两次对该函数避而不谈，现在该见识见识它了。
（2） setPowerState分析
setPowerState用于设置电源状态，先来看其在代码中的调用：
setPowerState(mWakeLockState | mUserState);
在以上代码中除了mWakeLockState外，还有一个mUserState。根据前面对gatherState函数的介绍可知，mWakeLockState的值来源于系统当前活跃WakeLock的minState。那么mUserState代表什么呢？
mUserState代表用户触发事件导致的电源状态。例如，按Home键后，将该值设置为SCREEN_BUTTON_BRIGHT（假设手机没有键盘）。很显然，此时系统的电源状态应该是mUserState和mWakeLockState的组合。
提示 “一个小小的变量背后代表了一个很重要的case”，读者能体会到吗？
下面来看setPowerState的代码，这段代码较长，也适合分段来看。第一段代码如下：
[-->PowerManagerService.java::setPowerState]
private void setPowerState(int state)
{//调用另外一个同名函数
setPowerState(state, false,WindowManagerPolicy.OFF_BECAUSE_OF_TIMEOUT);
}
//setPowerState
private void setPowerState(int newState, booleannoChangeLights, int reason)
{
synchronized (mLocks) {
int err;
if (noChangeLights)//在这种情况中，noChangeLights为false
newState = (newState & ~LIGHTS_MASK) | (mPowerState &LIGHTS_MASK);
if(mProximitySensorActive)//如果打开了接近感应器，就不需要在这里点亮屏幕了
newState = (newState & ~SCREEN_BRIGHT);
if(batteryIsLow())//判断是否处于低电状态
newState |= BATTERY_LOW_BIT;
else
newState &= ~BATTERY_LOW_BIT;
......
//如果还没启动完成，则需要将newState置为ALL_BRIGHT。细心的读者有没有发现，在手机开机过程中
//键盘、屏幕、按键等都会全部点亮一会儿呢？
if(!mBootCompleted && !mUseSoftwareAutoBrightness)
newState |= ALL_BRIGHT;
booleanoldScreenOn = (mPowerState & SCREEN_ON_BIT) != 0;
boolean newScreenOn = (newState &SCREEN_ON_BIT) != 0;
finalboolean stateChanged = mPowerState != newState;
第一段代码主要用于得到一些状态值，例如在新状态下屏幕是否需要点亮（newScreenOn）等。再来看第二段代码，它将根据第一段的状态值完成对应的工作。
[-->PowerManagerService::setPowerState]
if(oldScreenOn != newScreenOn) {
if(newScreenOn) {
if(mStillNeedSleepNotification) {
//对sendNotificationLocked函数的分析见后文
sendNotificationLocked(false,
WindowManagerPolicy.OFF_BECAUSE_OF_USER);
}// mStillNeedSleepNotification判断
booleanreallyTurnScreenOn = true;
if(mPreventScreenOn)// mPreventScreenOn是何方神圣？
reallyTurnScreenOn= false;
if(reallyTurnScreenOn) {
err = setScreenStateLocked(true);//点亮屏幕
......//通知mBatteryStats做电量统计
mBatteryStats.noteScreenBrightness(getPreferredBrightness());
mBatteryStats.noteScreenOn();
} else {//reallyTurnScreenOn为false
setScreenStateLocked(false);//关闭屏幕
err =0;
}
if (err == 0) {
sendNotificationLocked(true, -1);
if(stateChanged)
updateLightsLocked(newState, 0);//点亮按键灯或者键盘灯
mPowerState |= SCREEN_ON_BIT;
}
}
以上代码看起来比较简单，就是根据情况点亮或关闭屏幕。事实果真的如此吗？的还记得前面所说“一个小小的变量背后代表一个很重要的case”这句话吗？是的，这里也有一个很重要的case，由mPreventScreenOn表达。这是什么意思呢？
PMS提供了一个函数叫preventScreenOn，该函数（在SDK中未公开）使应用程序可以阻止屏幕点亮。为什么会有这种操作呢？难道是因为该应用很丑，以至于不想让别人看见？根据该函数的解释，在两个应用之间进行切换时（尤其是正在启动一个Activity却又接到来电通知时），很容易出现闪屏现象，会严重影响用户体验。因此提供了此函数，由应用来调用并处理它。
注意闪屏的问题似乎解决了，但事情还没完，这个解决方案还引入了另外一个问题：假设应用忘记重新使屏幕点亮，手机岂不是一直就黑屏了？为此，在代码中增加了一段处理逻辑，即如果5秒钟后应用还没有使屏幕点亮，PMS将自己设置mPreventScreenOn为false。
Google怎么会写这种代码？还好，代码开发者也意识到这是一个很难看的方法，只是目前还没有一个比较完美的解决方案而已。
继续看setPowerState最后的代码：
else {//newScreenOn为false的情况
......//更新键盘灯、按键灯的状态
//从mHandler中移除mAutoBrightnessTask，这和光传感器有关。此处不讨论
mHandler.removeCallbacks(mAutoBrightnessTask);
mBatteryStats.noteScreenOff();//通知BatteryStatsService,屏幕已关
mPowerState = (mPowerState & ~LIGHTS_MASK) | (newState & LIGHTS_MASK);
updateNativePowerStateLocked();
}
}//if(oldScreenOn != newScreenOn)判断结束
else if(stateChanged) {//屏幕的状态不变，但是light的状态有可能变化，所以
updateLightsLocked(newState, 0);//单独更新light的状态
}
mPowerState= (mPowerState & ~LIGHTS_MASK) | (newState & LIGHTS_MASK);
updateNativePowerStateLocked();
}//setPowerState完毕
setPowerState函数是在PMS中真正设置屏幕及Light状态的地方，其内部将通过Power类与这些硬件交互。相关内容见5.3.3节。
（3） sendNotificationLocked函数分析
sendNotificationLocked函数用于触发SCREEN_ON/OFF广播的发送，来看以下代码：
[-->PowerManagerService.java::sendNotificationLocked]
private void sendNotificationLocked(boolean on,int why) {
......
if (!on) {
mStillNeedSleepNotification = false;
}
int index= 0;
while(mBroadcastQueue[index] != -1) {
index++;
}
// mBroadcastQueue和mBroadcastWhy均定义为int数组，成员个数为3，它们有什么作用呢
mBroadcastQueue[index] = on ? 1 : 0;
mBroadcastWhy[index] = why;
/* mBroadcastQueue数组一共有3个元素，根据代码中的注释，其作用如下：
当取得的index为2时，即0,1元素已经有值，由于屏幕ON/OFF请求是配对的，所以在这种情况
下只需要处理最后一次的请求。例如0元素为ON，1元素为OFF，2元素为ON，则可以去掉0，
1的请求，而直接处理2的请求，即屏幕ON。对于那种频繁按Power键的操作，通过这种方式可以
节省一次切换操作
*/
if (index== 2) {
if (!on&& mBroadcastWhy[0] > why) mBroadcastWhy[0] = why;
//处理index为2的情况，见上文的说明
mBroadcastQueue[0] = on ? 1 : 0;
mBroadcastQueue[1] = -1;
mBroadcastQueue[2] = -1;
mBroadcastWakeLock.release();
index =0;
}
/*
如果index为1，on为false，即屏幕发出关闭请求，则无需处理。根据注释中的说明，
在此种情况，屏幕已经处于OFF状态，所以无需处理。为什么在此种情况下屏幕已经关闭了呢？
*/
if (index== 1 && !on) {
mBroadcastQueue[0] = -1;
mBroadcastQueue[1] = -1;
index = -1;
mBroadcastWakeLock.release();
}
if(mSkippedScreenOn) {
updateLightsLocked(mPowerState, SCREEN_ON_BIT);
}
//如果index不为负数，则抛送mNotificationTask给mHandler处理
if (index>= 0) {
mBroadcastWakeLock.acquire();
mHandler.post(mNotificationTask);
}
}
sendNotificationLocked函数相当诡异，主要是mBroadcastQueue数组的使用让人感到困惑。其目的在于减少不必要的屏幕切换和广播发送，但是为什么index为1时，屏幕处于OFF状态呢？下面来分析mNotificationTask，希望它能回答这个问题。
[-->PowerManagerService.java::mNotificationTask]
private Runnable mNotificationTask = newRunnable()
{
publicvoid run()
{
while(true) {//此处是一个while循环
intvalue;
int why;
WindowManagerPolicy policy;
synchronized (mLocks) {
value =mBroadcastQueue[0];//取mBroadcastQueue第一个元素
why= mBroadcastWhy[0];
for(int i=0; i<2; i++) {//将后面的元素往前挪一位
mBroadcastQueue[i] = mBroadcastQueue[i+1];
mBroadcastWhy[i] = mBroadcastWhy[i+1];
}
policy = getPolicyLocked();//policy指向PhoneWindowManager
if(value == 1 && !mPreparingForScreenOn) {
mPreparingForScreenOn = true;
mBroadcastWakeLock.acquire();
}
}// synchronized结束
if(value == 1) {//value为1，表示发出屏幕ON请求
mScreenOnStart = SystemClock.uptimeMillis();
//和WindowManagerService交互，和锁屏界面有关
//mScreenOnListener为回调通知对象
policy.screenTurningOn(mScreenOnListener);
ActivityManagerNative.getDefault().wakingUp();//和AMS交互
if (mContext != null &&ActivityManagerNative.isSystemReady()) {
//发送SCREEN_ON广播
mContext.sendOrderedBroadcast(mScreenOnIntent,null,
mScreenOnBroadcastDone, mHandler, 0, null, null);
}......
}elseif (value == 0) {
mScreenOffStart = SystemClock.uptimeMillis();
policy.screenTurnedOff(why);//通知WindowManagerService
ActivityManagerNative.getDefault().goingToSleep();//和AMS交互
if(mContext != null && ActivityManagerNative.isSystemReady()) {
//发送屏幕OFF广播
mContext.sendOrderedBroadcast(mScreenOffIntent, null,
mScreenOffBroadcastDone, mHandler, 0, null,null);
}
}elsebreak；
}
};
mNotificationTask比较复杂，但是它对mBroadcastQueue的处理比较有意思，每次取出第一个元素值后，将后续元素往前挪一位。这种处理方式能解决之前提出的那个问题吗？
说实话，目前笔者也没找到能解释index为1时，屏幕一定处于OFF的证据。如果有哪位读者找到证据，不妨分享一下。
另外，mNotificationTask和ActivityManagerService及WindowManagerService都有交互。因为这两个服务内部也使用了WakeLock，所以需要通知它们释放WakeLock，否则会导致不必要的电力资源消耗。具体内容只能留待以后分析相关服务时再来讨论了。
（4） acquireWakeLocked第二阶段工作总结
acquireWakeLocked第二阶段工作是处理和屏幕相关的WAKE_LOCK方面的工作（isScreenLock返回为true的情况）。其中一个重要的函数就是setPowerState，该函数将根据不同的状态设置屏幕光、键盘灯等硬件设备。注意，和硬件交互相关的工作是通过Power类提供的接口完成的。
3. acquireWakeLocked分析之三
acquireWakeLocked处理WAKE_LOCK为PARTIAL_WAKE_LOCK的情况。来看以下代码：
[-->PowerManagerService.java::acquiredWakeLockLocked]
else if ((flags & LOCK_MASK) == PowerManager.PARTIAL_WAKE_LOCK){
if(newlock) {
mPartialCount++;
}
//获取kernel层的PARTIAL_WAKE_LOCK，该函数后续再分析
Power.acquireWakeLock(Power.PARTIAL_WAKE_LOCK,PARTIAL_NAME);
}//else if判断结束
if(diffsource) {
noteStopWakeLocked(wl, oldsource);
}
if(newlock || diffsource) {
noteStartWakeLocked(wl, ws);//通知BatteryStatsService做电量统计
}
当客户端使用PARTIAL_WAKE_LOCK时，PMS会调用Power.acquireWakeLock申请一个内核的WakeLock。
4. acquireWakeLock总结
acquireWakeLock有三个阶段的工作，总结如下：
· 如果对应的WakeLock不存在，则创建一个WakeLock对象，同时将WAKE_LOCK标志转换成对应的minState；否则，从mLocks中查找对应的WakeLock对象，然后更新其中的信息。
· 当WAKE_LOCK标志和屏幕有关时，需要做相应的处理，例如点亮屏幕、打开按键灯等。实际上这些工作不仅影响电源管理，还会影响到用户感受，所以其中还穿插了一些和用户体验有关的处理逻辑（如上面注释的mPreventScreenOn变量）。
· 当WAKE_LOCK和PARTIAL_WAKE_LOCK有关时，仅简单调用Power的acquireWakeLock即可，其中涉及和Linux Kernel电源管理系统的交互。
5.3.3 Power类及LightService类介绍
根据前面的分析，PMS有时需要进行点亮屏幕，打开键盘灯等操作，为此Android提供了Power类及LightService满足PMS的要求。这两个类比较简单，但是其背后的Kernel层相对复杂一些。本章仅分析用户空间的内容，有兴趣的读者不妨以此为入口，深入研究Kernel层的实现。
1. Power类介绍
Power类提供了6个函数，如下所示：
[-->Power.java]
int setScreenState(boolean on);//打开或关闭屏幕光
int setLastUserActivityTimeout(long ms);//设置超时时间
void reboot(String reason);//用于手机重启，内部调用rebootNative
void shutdown();//已作废，建议不要调用
void acquireWakeLock(int lock, String id);//获取Kernel层的WakeLock
void releaseWakeLock(String id);//释放Kernel层的WakeLock
这些函数固有的实现代码如下：
[-->android_os_Power.cpp]
static void acquireWakeLock(JNIEnv *env, jobjectclazz, jint lock, jstring idObj)
{
......
constchar *id = env->GetStringUTFChars(idObj, NULL);
acquire_wake_lock(lock, id);//调用此函数和Kernel层交互
env->ReleaseStringUTFChars(idObj, id);
}
static void releaseWakeLock(JNIEnv *env, jobjectclazz, jstring idObj)
{
constchar *id = env->GetStringUTFChars(idObj, NULL);
release_wake_lock(id);//释放Kernel层的WakeLock
env->ReleaseStringUTFChars(idObj,id);
}
static int setLastUserActivityTimeout(JNIEnv *env,jobject clazz, jlong timeMS)
{
returnset_last_user_activity_timeout(timeMS/1000);//设置超时时间
}
static int setScreenState(JNIEnv *env, jobjectclazz, jboolean on)
{
return set_screen_state(on);//开启或关闭屏幕光
}
static void android_os_Power_shutdown(JNIEnv *env,jobject clazz)
{
android_reboot(ANDROID_RB_POWEROFF, 0, 0);//关机
}
static void android_os_Power_reboot(JNIEnv *env,jobject clazz, jstring reason)
{
if (reason== NULL) {
android_reboot(ANDROID_RB_RESTART, 0, 0);//重启
} else {
const char *chars = env->GetStringUTFChars(reason, NULL);
android_reboot(ANDROID_RB_RESTART2, 0, (char *) chars);//重启
env->ReleaseStringUTFChars(reason, chars);
}
jniThrowIOException(env, errno);
}
Power类提供了和内核交互的通道，读者仅作了解即可。
2. LightService介绍
LightService.java比较简单，这里直接介绍Native层的实现，主要关注HAL层的初始化函数init_native及操作函数setLight_native。
首先来看初始化函数init_native，其代码如下：
[com_android_server_LightService.cpp::init_native]
static jint init_native(JNIEnv *env, jobjectclazz)
{
int err;
hw_module_t* module;
Devices*devices;
devices= (Devices*)malloc(sizeof(Devices));
//初始化硬件相关的模块，模块名为“lights”
err =hw_get_module(LIGHTS_HARDWARE_MODULE_ID,
(hw_module_tconst**)&module);
if (err== 0) {
devices->lights[LIGHT_INDEX_BACKLIGHT]//背光
= get_device(module, LIGHT_ID_BACKLIGHT);
devices->lights[LIGHT_INDEX_KEYBOARD]//键盘灯
= get_device(module, LIGHT_ID_KEYBOARD);
devices->lights[LIGHT_INDEX_BUTTONS]//按键灯
= get_device(module, LIGHT_ID_BUTTONS);
devices->lights[LIGHT_INDEX_BATTERY]//电源指示灯
= get_device(module, LIGHT_ID_BATTERY);
devices->lights[LIGHT_INDEX_NOTIFICATIONS] //通知灯
= get_device(module, LIGHT_ID_NOTIFICATIONS);
devices->lights[LIGHT_INDEX_ATTENTION] //警示灯
= get_device(module, LIGHT_ID_ATTENTION);
devices->lights[LIGHT_INDEX_BLUETOOTH] //蓝牙提示灯
= get_device(module, LIGHT_ID_BLUETOOTH);
devices->lights[LIGHT_INDEX_WIFI] //WIFI提示灯
= get_device(module, LIGHT_ID_WIFI);
} else {
memset(devices, 0, sizeof(Devices));
}
return(jint)devices;
}
Android系统想得很周到，提供了多达8种不同类型的灯。可是有多少手机包含了所有的灯呢？
PMS点亮或关闭灯时，将调用setLight_native函数，其代码如下：
[com_android_server_LightService.cpp::setLight_native]
static void setLight_native(JNIEnv *env, jobjectclazz, int ptr,
intlight, int colorARGB, int flashMode, int onMS, int offMS,
intbrightnessMode)
{
Devices*devices = (Devices*)ptr;
light_state_t state;
......
memset(&state, 0, sizeof(light_state_t));
state.color = colorARGB; //设置颜色
state.flashMode = flashMode; //设置闪光模式
state.flashOnMS = onMS; //和闪光模式有关，例如亮2秒，灭2秒
state.flashOffMS = offMS;
state.brightnessMode = brightnessMode;//
//传递给HAL层模块进行处理
devices->lights[light]->set_light(devices->lights[light],&state);
}
5.3.4 WakeLock总结
相信读者此时已经对WakeLock机制有了比较清晰的认识，此处以flags标签为出发点，对WakeLock的知识点进行总结。
· 如果flags和屏幕有关（即除PARTIAL_WAKE_LOCK外），则需要更新屏幕、灯光状态。其中，屏幕操作通过Power类完来成，灯光操作则通过LightService类来完成。
· 如果FLAGS是PARTIAL_WAKE_LOCK，则需要通过Power提供的接口获取Kernel层的WakeLock。
· 在WakeLock工作流程中还混杂了用户体验、光传感器、接近传感器方面的处理逻辑。这部分代码集中体现在setPowerState函数中。感兴趣的读者可进行深入研究。
· WakeLock还要通知BatteryStatsService，以帮助其统计电量使用情况。这方面内容放到本章最后再做分析。
另外，PMS在JNI层也保存了当前屏幕状态信息，这是通过updateNativePowerStateLocked完成的，其代码如下：
private void updateNativePowerStateLocked() {
nativeSetPowerState(//调用native函数，传入两个参数
(mPowerState & SCREEN_ON_BIT) != 0,
(mPowerState & SCREEN_BRIGHT) == SCREEN_BRIGHT);
}
//jni层实现代码如下
static void android_server_PowerManagerService_nativeSetPowerState(
JNIEnv* env,jobject serviceObj, jboolean screenOn, jbooleanscreenBright) {
AutoMutex _l(gPowerManagerLock);
gScreenOn = screenOn;//屏幕是否开启
gScreenBright = screenBright; //屏幕光是否全亮
}
PMS的updateNativePowerStateLocked函数曾一度让笔者感到非常困惑，主要原因是初看此函数名，感觉它极可能会和Kernel层的电源管理系统交互。等深入JNI层代码后发现，其功能仅是保存两个全局变量，和Kernel压根儿没有关系。其实，和Kernel层电源管理系统交互的主要是Power类。此处的两个变量是为了方便Native层代码查询当前屏幕状态而设置的，以后分析Andorid输入系统时就会搞清楚它们的作用了。
5.4 userActivity及Power按键处理分析
本节介绍userActivity函数及PMS对Power按键的处理流程。
5.4.1 userActivity分析
前面曾经提到过userActivity的作用，此处举一个例子加深读者对它的印象：
打开手机，并解锁进入桌面。如果在规定时间内不操作手机，那么屏幕将变暗，最后关闭。在此过程中，如果触动屏幕，屏幕又会重新变亮。这个触动屏幕的操作将导致userActivity函数被调用。
在上述例子中实际上包含了两方面的内容：
· 不操作手机，屏幕将变暗，最后关闭。在PMS中，这是一个状态切换的过程。
· 操作手机，将触发userActivity，此后屏幕的状态将重置。
来看以下代码：
[-->PowerManagerService.java::userActivity]
public voiduserActivity(long time, boolean noChangeLights) {
......//检查调用进程是否有DEVICE_POWER的权限
userActivity(time, -1, noChangeLights, OTHER_EVENT, false);
}
此处将调用另外一个同名函数。注意第三个参数的值OTHER_EVENT。系统一共定义了三种事件，分别是OTHER_EVENT（除按键、触摸屏外的事件）、BUTTON_EVENT（按键事件）和TOUCH_EVENT（触摸屏事件）。它们主要为BatteryStatsService进行电量统计时使用，例如触摸屏事件的耗电量和按键事件的耗电量等。
[-->PowerManagerService.java::userActivity]
private void userActivity(long time, long timeoutOverride,
boolean noChangeLights,inteventType, boolean force) {
if(((mPokey & POKE_LOCK_IGNORE_TOUCH_EVENTS) != 0) &&
(eventType == TOUCH_EVENT)) {
//mPokey和输入事件的处理策略有关。如果此处的if判断得到满足，表示忽略TOUCH_EVENT
return;
}
synchronized (mLocks) {
if(isScreenTurningOffLocked()) {
return;
}
if(mProximitySensorActive && mProximityWakeLockCount == 0)
mProximitySensorActive = false;//控制接近传感器
if(mLastEventTime <= time || force) {
mLastEventTime = time;
if((mUserActivityAllowed && !mProximitySensorActive) || force) {
if (eventType == BUTTON_EVENT && !mUseSoftwareAutoBrightness) {
mUserState =(mKeyboardVisible ? ALL_BRIGHT :
SCREEN_BUTTON_BRIGHT);
} else {
mUserState |=SCREEN_BRIGHT;//设置用户事件导致的mUserState
}
......//通知BatteryStatsService进行电量统计
mBatteryStats.noteUserActivity(uid,eventType);
//重新计算WakeLock状态
mWakeLockState = mLocks.reactivateScreenLocksLocked();
setPowerState(mUserState | mWakeLockState, noChangeLights,
WindowManagerPolicy.OFF_BECAUSE_OF_USER);
//重新开始屏幕计时
setTimeoutLocked(time, timeoutOverride, SCREEN_BRIGHT);
}
}
}
//mPolicy指向PhoneWindowManager，用于和WindowManagerService交互
if(mPolicy != null) {
mPolicy.userActivity();
}
}
有了前面分析的基础，相信很多读者都会觉得userActivity函数很简单。在前面的代码中，通过setPowerState点亮了屏幕，那么经过一段时间后发生的屏幕状态切换在哪儿进行呢？来看setTimeoutLocked函数的代码：
[-->PowerManagerService.java::setTimeoutLocked]
private void setTimeoutLocked(long now, final longoriginalTimeoutOverride,
intnextState) {
//在本例中，nextState为SCREEN_BRIGHT，originalTimeoutOverride为-1
longtimeoutOverride = originalTimeoutOverride;
if(mBootCompleted) {
synchronized (mLocks) {
long when = 0;
if(timeoutOverride <= 0) {
switch (nextState)
{
case SCREEN_BRIGHT:
when = now + mKeylightDelay;//得到一个超时时间
break;
case SCREEN_DIM:
if (mDimDelay >= 0) {
when = now + mDimDelay;
break;
} ......
case SCREEN_OFF:
synchronized (mLocks) {
when = now +mScreenOffDelay;
}
break;
default:
when = now;
break;
}
}......//处理timeoutOverride大于零的情况，无非就是设置状态和超时时间
mHandler.removeCallbacks(mTimeoutTask);
mTimeoutTask.nextState = nextState;
mTimeoutTask.remainingTimeoutOverride = timeoutOverride > 0
? (originalTimeoutOverride- timeoutOverride)
: -1;
//抛送一个mTimeoutTask交给mHandler执行，执行时间为when秒后
mHandler.postAtTime(mTimeoutTask, when);
mNextTimeout = when; //调试用
}
}
}
接下来看mTimeOutTask的代码：
private class TimeoutTask implements Runnable
{
intnextState;
longremainingTimeoutOverride;
publicvoid run()
{
synchronized (mLocks) {
if(nextState == -1)return;
mUserState = this.nextState;
//调用setPowerState去真正改变屏幕状态
setPowerState(this.nextState| mWakeLockState);
long now = SystemClock.uptimeMillis();
switch (this.nextState)
{
case SCREEN_BRIGHT:
if (mDimDelay >= 0) {//设置下一个状态为SCREEN_DIM
setTimeoutLocked(now,remainingTimeoutOverride, SCREEN_DIM);
break;
}
case SCREEN_DIM://设置下一个状态为SCREEN_OFF
setTimeoutLocked(now, remainingTimeoutOverride, SCREEN_OFF);
break;
}......//省略花括号
}
TimeoutTask就是用来切换屏幕状态的，相信不少读者已经在网络上见过一个和PMS屏幕状态切换相关的图（其实就是TimeoutTask的工作流程解释），对此，本章就不再介绍了，希望读者能通过直接阅读源码加深理解。
5.4.2 Power按键处理分析
按键处理属于本书后续将会分析的输入系统的范围，此处摘出和Power键相关的代码进行分析，代码如下：
[-->com_android_server_InputManager.cpp::handleInterceptActions]
voidNativeInputManager::handleInterceptActions(jint wmActions, nsecs_t when,
uint32_t& policyFlags) {
//按下Power键并松开后，将设置wmActions为WM_ACTION_GO_TO_SLEEP，表示需要休眠
if(wmActions & WM_ACTION_GO_TO_SLEEP) {
//利用JNI调用PMS的goToSleep函数
android_server_PowerManagerService_goToSleep(when);
}
//一般的输入事件将触发userActivity函数被调用，此时将唤醒手机
if(wmActions & WM_ACTION_POKE_USER_ACTIVITY) {
//利用JNI调用PMS的userActivity函数。相关内容在前一节已经分析过了
android_server_PowerManagerService_userActivity(when,
POWER_MANAGER_BUTTON_EVENT);
}
......//其他处理
}
由以上代码中的注释可知，当按下Power键并松开时[②]，将触发PMS的goToSleep函数被调用。下面来看goToSleep函数的代码：
[-->PowerManagerService.java::goToSleep]
public void goToSleep(long time)
{
goToSleepWithReason(time,WindowManagerPolicy.OFF_BECAUSE_OF_USER);
}
public void goToSleepWithReason(long time, intreason)
{
mContext.enforceCallingOrSelfPermission(//检查调用进程是否有DEVICE_POWER权限
android.Manifest.permission.DEVICE_POWER,null);
synchronized (mLocks) {
goToSleepLocked(time, reason);//调用goToSleepLocked函数
}
}
[-->PowerManagerService.java::goToSleepLocked]
private void goToSleepLocked(long time, intreason) {
if(mLastEventTime <= time) {
mLastEventTime = time;
mWakeLockState = SCREEN_OFF;
int N= mLocks.size();
intnumCleared = 0;
boolean proxLock = false;
for(int i=0; i WakeLock wl = mLocks.get(i); if(isScreenLock(wl.flags)) { if(((wl.flags & LOCK_MASK) == PowerManager.PROXIMITY_SCREEN_OFF_WAKE_LOCK) && reason == WindowManagerPolicy.OFF_BECAUSE_OF_PROX_SENSOR) { proxLock = true;//判断goToSleep的原因是否与接近传感器有关 } else{ mLocks.get(i).activated = false;//禁止和屏幕相关的WakeLock numCleared++; } }// isScreenLock判断结束 }//for循环结束 if(!proxLock) { mProxIgnoredBecauseScreenTurnedOff = true; } mStillNeedSleepNotification = true; mUserState = SCREEN_OFF; setPowerState(SCREEN_OFF, false, reason);//关闭屏幕 cancelTimerLocked();//从mHandler中撤销mTimeoutTask任务 } }
掌握了前面的基础知识就会感到Power键的处理流程真的是很简单，读者是否也有同感呢？
5.5 BatteryService及BatteryStatsServic分析
从前面介绍PMS的代码中发现，PMS和系统中其他两个服务BatterService及BatteryStatsService均有交互，其中：
· BatteryService提供接口用于获取电池信息，充电状态等。
· BatteryStatsService主要用做用电统计，通过它可知谁是系统中的耗电大户。
下面先来介绍稍简单的BatteryService。
5.5.1 BatteryService分析
BatteryService由SystemServer创建，代码如下：
battery = new BatteryService(context, lights);
ServiceManager.addService("battery",battery);
下面来看BatteryService的构造函数：
[-->BatteryService.java]
public BatteryService(Context context,LightsService lights) {
mContext =context;
mLed = newLed(context, lights);//提示灯控制，感兴趣的读者可自行阅读相关代码
//BatteryService也需要和BatteryStatsService交互
mBatteryStats = BatteryStatsService.getService();
//获取一些配置参数
mCriticalBatteryLevel = mContext.getResources().getInteger(
com.android.internal.R.integer.config_criticalBatteryWarningLevel);
mLowBatteryWarningLevel = mContext.getResources().getInteger(
com.android.internal.R.integer.config_lowBatteryWarningLevel);
mLowBatteryCloseWarningLevel = mContext.getResources().getInteger(
com.android.internal.R.integer.config_lowBatteryCloseWarningLevel);
//启动uevent监听对象，监视power_supply信息
mPowerSupplyObserver.startObserving("SUBSYSTEM=power_supply");
//如果下列文件存在，那么启动另一个uevent监听对象。该uevent事件来自invalid charger
//switch设备（即不匹配的充电设备）
if (newFile("/sys/devices/virtual/switch/invalid_charger/state").exists()) {
mInvalidChargerObserver.startObserving(
"DEVPATH=/devices/virtual/switch/invalid_charger");
}
update();//①查询HAL层，获取此时的电池信息
}
BatteryService定义了3个非常重要的阈值，分别是：
· mCriticalBatteryLevel表示严重低电，其值为4。当电量低于该值时会强制关机。该值由config.xml中的config_criticalBatteryWarningLevel控制。
· mLowBatteryWarningLevel表示低电，值为15，当电量低于该值时，系统会报警，例如闪烁LED灯。该值由config.xml中的config_lowBatteryWarningLevel控制。
· mLowBatteryCloseWarningLevel表示一旦电量大于此值，就脱离低电状态，即可停止警示灯。该值为20，表示由config.xml中的config_lowBatteryCloseWarningLevel控制。
在BatteryService构造函数的最后调用了update函数，该函数将查询系统电池信息，以更新BatteryService内部的成员变量。此函数代码如下：
[-->BatteryService.java::update]
private synchronized final void update() {
native_update();//到Native层查询并更新内部变量的值
processValues();//处理更新后的状态
}
1. native_update函数分析
native_update的实现代码如下：
[-->com_android_server_BatteryService.cpp]
static voidandroid_server_BatteryService_update(JNIEnv* env, jobject obj)
{
setBooleanField(env, obj, gPaths.acOnlinePath, gFieldIds.mAcOnline);
......//获取电池信息，并通过JNI设置到Java层对应的变量中
setIntField(env, obj, gPaths.batteryTemperaturePath,
gFieldIds.mBatteryTemperature);
constint SIZE = 128;
charbuf[SIZE];
//获取信息，以下参数并不是所有手机都支持的
if(readFromFile(gPaths.batteryStatusPath, buf, SIZE) > 0)
env->SetIntField(obj, gFieldIds.mBatteryStatus,getBatteryStatus(buf));
else
env->SetIntField(obj, gFieldIds.mBatteryStatus,
gConstants.statusUnknown);
......
}
一共有哪些电池信息呢？如表5-4所示。
表5-4 Android系统中的电池信息
| 变量名 |
功能 |
备注 |
| mAcOnline |
是否用外接充电器充电 |
即用交流电充电 |
| mUsbOnline |
是否用USB供电 |
即用USB供电 |
| mBatteryStatus |
电池状态 |
共有5个状态，详细内容可参考com_android_server_BatteryService.cpp中BatteryManagerConstants的定义
|
| mBatteryHealth |
电池健康状态 |
共7个状态，详细内容可参考com_android_server_BatteryService.cpp中BatteryManagerConstants的定义
|
| mBatteryPresent |
是否使用电池 |
有些手机在没有电池的情况下可直接利用USB/交流供电 |
| mBatteryLevel |
电池电量 |
|
| mBatteryVoltage |
电池电压 |
|
| mBatteryTemperature |
电池温度 |
|
| mBatteryTechnology |
电池制造技术 |
一般为“Li-poly”即锂电池技术 |
mBatteryStatus和mBatteryHealth均有几种不同状态，详细信息可查看getBatteryStatus和getBatteryHealth函数的实现。
上述信息均通过从/sys/class/power_supply目录读取对应文件得到。和以往使用固定路径（可能是Android 2.2版本之前）不同的是，先读取power_supply目录中各个子目录中的type文件，然后根据type文件的内容，再做对应处理：
· 如果type文件的内容为“Mains”：则读取对应子目录中的online文件，可判断是否为AC充电。
· 如果type文件的内容为“Battery”：则从对应子目录中其他的文件中读取电池相关的信息，例如从temp文件获取电池温度，从technology文件读取电池制造技术等。
· 如果type文件的内容为“USB”：读取该子目录中的online文件内容，可判断是否为USB充电。
提示 读者可通过dumpsys battery查看自己手机的电池信息。
2. processValues分析
获取了电池信息后，BatteryService就要做一些处理，此项工作通过processValues完成，其代码如下：
[-->BatteryService.java::processValues]
private void processValues() {
longdischargeDuration = 0;
mBatteryLevelCritical = mBatteryLevel <= mCriticalBatteryLevel;
if (mAcOnline) {
mPlugType = BatteryManager.BATTERY_PLUGGED_AC;
} elseif (mUsbOnline) {
mPlugType = BatteryManager.BATTERY_PLUGGED_USB;
} else {
mPlugType = BATTERY_PLUGGED_NONE;
}
//通知BatteryStatsService，该函数以后再分析
mBatteryStats.setBatteryState(mBatteryStatus, mBatteryHealth,
mPlugType, mBatteryLevel, mBatteryTemperature, mBatteryVoltage
);
shutdownIfNoPower();//如果电量不够，弹出关机对话框
shutdownIfOverTemp();//如果电池过热，弹出关机对话框
......//根据当前电池信息与上次电池信息比较，判断是否需要发送广播等
if (比较前后两次电池信息是否发生变化) {
......//记录信息到日志文件
Intent statusIntent = new Intent();
statusIntent.setFlags(
Intent.FLAG_RECEIVER_REGISTERED_ONLY_BEFORE_BOOT);
if (mPlugType != 0 && mLastPlugType ==0) {
statusIntent.setAction(Intent.ACTION_POWER_CONNECTED);
mContext.sendBroadcast(statusIntent);
}......
if(sendBatteryLow) {
mSentLowBatteryBroadcast = true;//发送低电提醒
statusIntent.setAction(Intent.ACTION_BATTERY_LOW);
mContext.sendBroadcast(statusIntent);
} ......
mLed.updateLightsLocked();//更新LED灯状态
mLastBatteryStatus= mBatteryStatus;//保存新的电池信息
......
}
processValues函数非常简单，此处不再详述。另外，当电池信息发生改变时，系统会发送uevent事件给BatteryService，此时BatteryService只要重新调用update即可完成工作。
5.5.2 BatteryStatsService分析
BatteryStatsService（为书写方便，以后简称BSS）主要功能是收集系统中各模块和应用进程用电量情况。抽象地说，BSS就是一块电表，不过这块电表不只是显示总的耗电量，而是分门别类地显示耗电量，力图做到更为精准。
和其他服务不太一样的是，BSS的创建和注册是在ActivityManagerService中进行的，相关代码如下：
[-->ActivityManagerService.java::ActivityManagerService构造函数]
private ActivityManagerService() {
......//创建BSS对象，传递一个File对象，指向/data/system/batterystats.bin
mBatteryStatsService= new BatteryStatsService(new File(
systemDir, "batterystats.bin").toString());
}
[-->ActivityManagerService.java::main]
//调用BSS的publish函数，在内部将其注册到ServiceManager
m.mBatteryStatsService.publish(context);
下面来分析BSS的构造函数，见识一下这块电表的样子。
1. BatteryStatsService介绍
让人大跌眼镜的是，BSS其实只是一个壳，具体功能委托BatteryStatsImpl（以后简称BSImpl）来实现，代码如下：
[-->BatteryStatsService.java::BatteryStatsService构造函数]
BatteryStatsService(String filename) {
mStats = new BatteryStatsImpl(filename);
}
图5-2展示了BSS及BSImpl的家族图谱。
图5-2 BSS及BSImpl家族图谱
由图5-2可知：
· BSS通过成员变量mStats指向一个BSImpl类型的对象。
· BSImpl从BatteryStats类派生。更重要的是，该类实现了Parcelable接口，由此可知，BSImpl对象的信息可以写到Parcel包中，从而可通过Binder在进程间传递。实际上，在Android手机的设置中查到的用电信息就是来自BSImpl的。
BSS的getStatistics函数提供了查询系统用电信息的接口，代码如下：
public byte[] getStatistics() {
mContext.enforceCallingPermission(//检查调用进程是否有BATTERY_STATS权限
android.Manifest.permission.BATTERY_STATS, null);
Parcel out= Parcel.obtain();
mStats.writeToParcel(out, 0);//将BSImpl信息写到数据包中
byte[]data = out.marshall();//序列化为一个buffer，然后通过Binder传递
out.recycle();
returndata;
}
由此可以看出，电量统计的核心类是BSImpl，下面就来分析它。
2. 初识BSImpl
BSImpl功能是进行电量统计，那么是否存在计量工具呢？答案是肯定的，并且BSImpl使用了不止一种的计量工具。
（1） 计量工具和统计对象介绍
BSImpl一共使用了4种计量工具，如图5-3所示。
图5-3 计量工具图例
由图5-3可知：
· 一共有两大类计量工具，Counter用于计数，Timer用于计时。
· BSImpl实现了StopwatchTimer（即所谓的秒表）、SamplingTimer（抽样计时）、Counter和SamplingCounter（抽样计数）等4个具体的计量工具。
· BSImpl中定义了一个Unpluggable接口。当手机插上USB线充电（不论是由AC还是由USB供电）时，该接口的plug函数被调用。反之，当拔去USB线时，该接口的unplug函数被调用。设置这个接口的目的是为了满足BSImpl对各种情况下系统用电量的统计要求。关于Unpluggable接口的作用，在后续内容中可以能见到。
虽然只有4种计量工具（笔者觉得已经相当多了），但是可以在很多地方使用它们。下面先来认识部分被挂牌要求统计用电量的对象，如表5-5所示。
表5-5 用电量统计项
| 成员变量名 |
类型 |
备注 |
| mScreenOnTimer |
StopwatchTimer |
统计屏幕开启耗电量 |
| mScreenBrightnessTimer[] |
StopwatchTimer |
统计各级屏幕亮度（共5级）情况下的耗电量 |
| mInputEventCounter |
Counter |
统计输入事件耗电量 |
| mPhoneOnTimer |
StopwatchTimer |
统计通话耗电量 |
| mPhoneSignalStrengthsTimer[] |
StopwatchTimer |
统计手机信号各级强度耗电量，共5级 |
| mPhoneSignalScanningTimer |
StopwatchTimer |
统计搜索手机信号耗电量 |
| mPhoneDataConnectionsTimer[] |
StopwatchTimer |
统计手机使用各种数据通信方式（如GPRS、CDMA等）的用电量，一共15级 |
| mWifiOnTimer |
StopwatchTimer |
Wifi用电量（包括使用网络和开启Wifi功能却没有使用网络的情况） |
| mGlobalWifiRunningTimer |
StopwatchTimer |
使用Wifi的用电量 |
| mAudioOnTimer |
StopwatchTimer |
使用Audio的耗电量 |
| mVideoOnTimer |
StopwatchTimer |
使用Video的耗电量 |
表5-5中的电量统计项已经够多了吧？还不止这些，为了做到更精确，Android还希望能统计每个进程在各种情况下的耗电量。这是一项庞大的工程，怎么做到的呢？来看下一节的内容。
（2） BatteryStats.Uid介绍
在Android 4.0中，和进程相关的用电量统计并非以单个PID为划分单元，而是以Uid为组，相关类结构如图5-4所示。
图5-4 BatteryStats.Uid家族
由图5-4可知：
· Wakelock用于统计该Uid对应进程使用wakeLock的情况。
· Proc用于统计Uid中某个进程的电量使用情况。
· Pkg用于统计某个特定Package的使用情况，其内部类Serv用于统计该Pkg中Service的用电情况。
· Sensor用于统计传感器用电情况。
基于以上的了解，以后分析将会轻松很多，下面来分析它的代码。
3. BSImpl流程分析
（1） 构造函数分析
先分析构造函数，代码如下：
[-->BatteryStatsImpl.java::BatteryStatsImpl构造函数]
public BatteryStatsImpl(String filename) {
//JournaledFile为日志文件对象，内部包含两个文件，原始文件和临时文件。目的是双备份，
//以防止在读写过程中文件信息丢失或出错
mFile =new JournaledFile(new File(filename), new File(filename + ".tmp"));
mHandler= new MyHandler();//创建一个Handler对象
mStartCount++;
//创建表5-5中的用电统计项对象
mScreenOnTimer = new StopwatchTimer(null, -1, null, mUnpluggables);
for (inti=0; i mScreenBrightnessTimer[i] = new StopwatchTimer(null, -100-i, null, mUnpluggables); } mInputEventCounter = new Counter(mUnpluggables); ...... mOnBattery= mOnBatteryInternal = false;//设置这两位成员变量为false initTimes();//①初始化统计时间 mTrackBatteryPastUptime = 0; mTrackBatteryPastRealtime = 0; mUptimeStart= mTrackBatteryUptimeStart = SystemClock.uptimeMillis()* 1000; mRealtimeStart= mTrackBatteryRealtimeStart = SystemClock.elapsedRealtime()* 1000; mUnpluggedBatteryUptime = getBatteryUptimeLocked(mUptimeStart); mUnpluggedBatteryRealtime = getBatteryRealtimeLocked(mRealtimeStart); mDischargeStartLevel = 0; mDischargeUnplugLevel = 0; mDischargeCurrentLevel = 0; initDischarge(); //②初始化和电池level有关的成员变量 clearHistoryLocked();//③删除用电统计的历史记录 }
要看懂这段代码比较困难，主要原因是变量太多，并且没有注释说明。只能根据名字来推测了。在以上代码中除了计量工具外，还出现了三大类变量：
· 用于统计时间的变量，例如mUptimeStart、mTrackBatteryPastUptime等。这些参数的初始化函数为initTimes。注意，系统时间分为uptime和realtime。uptime和realtime的时间起点都从系统启动开始算（since the system was booted），但是uptime不包括系统休眠时间，而realtime包括系统休眠时间[③]。
· 用于记录各种情况下电池电量的变量，如mDischargeStartLevel、mDischargeCurrentLevel等，这些成员变量的初始化函数为initDischarge。
· 用于保存历史记录的HistroryItem，在clearHistoryLocked函数中初始化，主要有mHistory、mHistoryEnd等成员变量（这些成员在clearHistoryLocked函数中出现）。
上述这些成员变量的具体作用，只有通过后文的分析才能弄清楚。这里先介绍StopwacherTimer。
//调用方式
mPhoneSignalScanningTimer = newStopwatchTimer(null, -200+1,
null,mUnpluggables);
//mUnpluggables类型为ArrayList
//信息的统计对象
// StopwatchTimer的构造函数
StopwatchTimer(Uid uid, int type,ArrayList
ArrayList
//在本例中，uid为0，type为负数，timerPool为空，unpluggables为mUnpluggables
super(type, unpluggables);
mUid =uid;
mTimerPool = timerPool;
}
// Timer的构造函数
Timer(int type, ArrayList
mType =type;
mUnpluggables = unpluggables;
unpluggables.add(this);
}
在StopwatchTimer中比较难理解的就是unpluggables，根据注释说明，当拔插USB线时，需要更新用电统计的对象，应该将其加入到mUnpluggables数组中。
在启动秒表时，调用它的startRunningLocked函数，并传入BSImpl实例，代码如下：
void startRunningLocked(BatteryStatsImpl stats) {
if(mNesting++ == 0) {//嵌套调用控制
// getBatteryRealtimeLocked函数返回总的电池使用时间
mUpdateTime = stats.getBatteryRealtimeLocked(
SystemClock.elapsedRealtime()* 1000);
if (mTimerPool != null) {//不讨论这种情况
}
mCount++;
mAcquireTime = mTotalTime;//计数控制，请读者阅读相关注释说明
}
}
当停用秒表时，调用它的stopRunningLocked函数，代码如下：
void stopRunningLocked(BatteryStatsImpl stats) {
if (mNesting == 0) {
return; //嵌套控制
}
if(--mNesting == 0) {
if(mTimerPool != null) {//不讨论这种情况
}else {
final long realtime = SystemClock.elapsedRealtime() * 1000;
//计算此次启动/停止周期的时间
final long batteryRealtime = stats.getBatteryRealtimeLocked(realtime);
mNesting = 1;
//mTotalTime代表从启动开始该秒停表一共记录的时间
mTotalTime = computeRunTimeLocked(batteryRealtime);
mNesting = 0;
}
if (mTotalTime == mAcquireTime) mCount--;
}
}
在StopwatchTimer中定义了很多的时间参数，无非就是用于记录各种时间，例如总耗时、最近一次工作周期的耗时等。如果不是工作需要（例如研究Settings应用中和BatteryInfo相关的内容），读者仅需了解它的作用即可。
（2） ActivityManagerService和BSS交互
ActivityManagerService创建BSS后，还要进行几项操作，具体代码分别如下：
[-->ActivityManagerService.java::ActivityManagerService构造函数]
mBatteryStatsService = new BatteryStatsService(newFile(
systemDir, "batterystats.bin").toString());
//操作通过BSImpl创建的JournaledFile文件
mBatteryStatsService.getActiveStatistics().readLocked();
mBatteryStatsService.getActiveStatistics().writeAsyncLocked();
//BSImpl的getIsOnBattery返回mOnBattery变量，初始化值为false
mOnBattery= DEBUG_POWER ? true
: mBatteryStatsService.getActiveStatistics().getIsOnBattery();
//设置回调，该回调也是用于信息统计，只能留到介绍ActivityManagerService时再来分析了
mBatteryStatsService.getActiveStatistics().setCallback(this);
[-->ActivityManagerService.java::main函数]
m.mBatteryStatsService.publish(context);
[-->BatteryStatsService.java::publish]
public void publish(Context context) {
mContext =context;
//注意，BSS服务叫做batteryinfo，而BatteryService服务叫做battery
ServiceManager.addService("batteryinfo", asBinder());
//PowerProfile见下文解释
mStats.setNumSpeedSteps(new PowerProfile(mContext).getNumSpeedSteps());
//设置通信信号扫描超时时间
mStats.setRadioScanningTimeout(mContext.getResources().getInteger(
com.android.internal.R.integer.config_radioScanningTimeout)
* 1000L);
}
在以上代码中，比较有意思的是PowerProfile类，它将解析Android 4.0源码/frameworks/base/core/res/res/xml/power_profile.xml文件。此XML文件存储的是各种操作（和硬件相关）的耗电情况，如图5-5所示。
图5-5 PowerProfile文件示例
由图5-5可知，该文件保存了各种操作的耗电情况，以mAh（毫安）为单位。PowerProfile的getNumSpeedSteps将返回CPU支持的频率值，目前在该XML中只定义了一个值，即400MHz。
注意在编译时，各厂家会将特定硬件平台的power_profile.xml复制到输出目录。此处展示的power_profile.xml和硬件平台无关。
（3） BatteryService和BSS交互
BatteryService在它的processValues函数中和BSS交互，代码如下：
[-->BatteryService.java]
private void processValues() {
......
mBatteryStats.setBatteryState(mBatteryStatus,mBatteryHealth, mPlugType,
mBatteryLevel, mBatteryTemperature,mBatteryVoltage);
}
BSS的工作由BSImpl来完成，所以直接setBatteryState函数的代码：
[-->BatteryStatsImpl.java::setBatteryState]
public void setBatteryState(int status, inthealth, int plugType, int level,
int temp, int volt) {
synchronized(this) {
boolean onBattery = plugType == BATTERY_PLUGGED_NONE;//判断是否为电池供电
intoldStatus = mHistoryCur.batteryStatus;
......
if(onBattery) {
//mDischargeCurrentLevel记录当前使用电池供电时的电池电量
mDischargeCurrentLevel = level;
mRecordingHistory = true;//mRecordingHistory表示需要记录一次历史值
}
//此时,onBattery为当前状态，mOnBattery为历史状态
if(onBattery != mOnBattery) {
mHistoryCur.batteryLevel = (byte)level;
mHistoryCur.batteryStatus = (byte)status;
mHistoryCur.batteryHealth = (byte)health;
......//更新mHistoryCur中的电池信息
setOnBatteryLocked(onBattery, oldStatus, level);
} else {
boolean changed = false;
if (mHistoryCur.batteryLevel != level) {
mHistoryCur.batteryLevel = (byte)level;
changed = true;
}
......//判断电池信息是否发生变化
if (changed) {//如果发生变化，则需要增加一次历史记录
addHistoryRecordLocked(SystemClock.elapsedRealtime());
}
}
if (!onBattery && status == BatteryManager.BATTERY_STATUS_FULL){
mRecordingHistory = false;
}
}
}
setBatteryState函数的工作主要有两项：
· 判断当前供电状态是否发生变化，由onBattery和mOnBattery进行比较。其中onBattery用于判断当前是否为电池供电，mOnBattery为上次调用该函数时得到的判断值。如果供电状态发生变化（其实就是经历一次USB拔插过程），则调用setOnBatteryLocked函数。
· 如果供电状态未发生变化，则需要判断电池信息是否发生变化，例如电量和电压等。如果发生变化，则调用addHistoryRecordLocked。该函数用于记录一次历史信息。
接下来看setOnBatteryLocked函数的代码：
[-->BatteryStatsImpl.java::setOnBatteryLocked]
void setOnBatteryLocked(boolean onBattery, intoldStatus, int level) {
boolean doWrite = false;
//发送一个消息给mHandler，将在内部调用ActivityManagerService设置的回调函数
Message m= mHandler.obtainMessage(MSG_REPORT_POWER_CHANGE);
m.arg1 =onBattery ? 1 : 0;
mHandler.sendMessage(m);
mOnBattery = mOnBatteryInternal = onBattery;
longuptime = SystemClock.uptimeMillis() * 1000;
longmSecRealtime = SystemClock.elapsedRealtime();
longrealtime = mSecRealtime * 1000;
if(onBattery) {
//关于电量信息统计，有一个值得注意的地方：当oldStatus为满电状态，或当前电量
//大于90，或mDischargeCurrentLevel小于20并且当前电量大于80时，要清空统计
//信息，以开始新的统计。也就是说在满足特定条件的情况下，电量使用统计信息会清零并重
//新开始。读者不妨用自己手机一试
if(oldStatus == BatteryManager.BATTERY_STATUS_FULL || level >= 90
|| (mDischargeCurrentLevel < 20 && level >= 80)) {
doWrite = true;
resetAllStatsLocked();
mDischargeStartLevel = level;
}
//读取/proc/wakelock文件，该文件反映了系统wakelock的使用状态，
//感兴趣的读者可自行研究
updateKernelWakelocksLocked();
mHistoryCur.batteryLevel = (byte)level;
mHistoryCur.states &= ~HistoryItem.STATE_BATTERY_PLUGGED_FLAG;
//添加一条历史记录
addHistoryRecordLocked(mSecRealtime);
//mTrackBatteryUptimeStart表示使用电池的开始时间，由uptime表示
mTrackBatteryUptimeStart = uptime;
// mTrackBatteryRealtimeStart表示使用电池的开始时间，由realtime表示
mTrackBatteryRealtimeStart = realtime;
//mUnpluggedBatteryUptime记录总的电池使用时间（不论中间插拔多少次）
mUnpluggedBatteryUptime = getBatteryUptimeLocked(uptime);
// mUnpluggedBatteryRealtime记录总的电池使用时间
mUnpluggedBatteryRealtime = getBatteryRealtimeLocked(realtime);
//记录电量
mDischargeCurrentLevel =mDischargeUnplugLevel = level;
if(mScreenOn) {
mDischargeScreenOnUnplugLevel = level;
mDischargeScreenOffUnplugLevel = 0;
}else {
mDischargeScreenOnUnplugLevel = 0;
mDischargeScreenOffUnplugLevel = level;
}
mDischargeAmountScreenOn = 0;
mDischargeAmountScreenOff = 0;
//调用doUnplugLocked函数
doUnplugLocked(mUnpluggedBatteryUptime, mUnpluggedBatteryRealtime);
}else {
......//处理使用USB充电的情况，请读者在上面讨论的基础上自行分析
}
......//记录信息到文件
}
}
doUnplugLocked函数将更新对应信息，该函数比较简单，无须赘述。另外，addHistoryRecordLocked函数用于增加一条历史记录（由HistoryItem表示），读者也可自行研究。
从本节的分析可知，Android将电量统计分得非常细，例如由电池供电的情况需要统计，由USB/AC充电的情况也要统计，因此有setBatteryState函数的存在。
（4） PowerManagerService和BSS交互
PMS和BSS交互是最多的，此处以noteScreenOn和noteUserActivity为例，来介绍BSS到底是如何统计电量的。
先来看noteScreenOn函数。当开启屏幕时，PMS会调用BSS的noteScreenOn以通知屏幕开启，该函数在内部调用BSImpl的noteScreenOnLocked，其代码如下：
[-->BatteryStatsImpl.java::noteScreenOnLocked]
public void noteScreenOnLocked() {
if(!mScreenOn) {
mHistoryCur.states |= HistoryItem.STATE_SCREEN_ON_FLAG;
//增加一条历史记录
addHistoryRecordLocked(SystemClock.elapsedRealtime());
mScreenOn = true;
//启动mScreenOnTime秒停表，内部就是记录时间，读者可自行研究
mScreenOnTimer.startRunningLocked(this);
if(mScreenBrightnessBin >= 0)//启动对应屏幕亮度的秒停表（参考表5-5）
mScreenBrightnessTimer[mScreenBrightnessBin].startRunningLocked(this);
//屏幕开启也和内核WakeLock有关，所以这里一样要更新WakeLock的用电统计
noteStartWakeLocked(-1, -1, "dummy", WAKE_TYPE_PARTIAL);
if(mOnBatteryInternal)
updateDischargeScreenLevelsLocked(false, true);
}
}
再来看noteUserActivity，当有输入事件触发PMS的userActivity时，该函数被调用,代码如下,：
[-->BatteryStatsImpl.java::noteUserActivityLocked]
//BSS的noteUserActivity将调用BSImpl的noteUserActivityLocked
public void noteUserActivityLocked(int uid, intevent) {
getUidStatsLocked(uid).noteUserActivityLocked(event);
}
先是调用getUidStatsLocked以获取一个Uid对象，如果该Uid是首次出现的，则要在内部创建一个Uid对象。直接来了解Uid的noteUserActivityLocked函数：
public void noteUserActivityLocked(int type) {
if(mUserActivityCounters == null) {
initUserActivityLocked();
}
if (type< 0) type = 0;
else if(type >= NUM_USER_ACTIVITY_TYPES)
type= NUM_USER_ACTIVITY_TYPES-1;
// noteUserActivityLocked只是调用对应type的Counter的stepAtomic函数
//每个Counter内部都有个计数器，stepAtomic使该计数器增1
mUserActivityCounters[type].stepAtomic();
}
mUserActivityCounters为一个7元Counter数组，该数组对应7种不同的输入事件类型，在代码中，由BSImpl的成员变量USER_ACTIVITY_TYPES表示，如下所示：
static final String[] USER_ACTIVITY_TYPES = {
"other", "cheek", "touch","long_touch", "touch_up", "button", "unknown"
};
另外，在LocalPowerManager中，也定义了相关的type值，如下所示：
[-->LocalPowerManager.java]
public interface LocalPowerManager {
publicstatic final int OTHER_EVENT = 0;
publicstatic final int BUTTON_EVENT = 1;
publicstatic final int TOUCH_EVENT = 2; //目前只使用这三种事件
......
}
5.5.3 BatteryService及BatteryStatsService总结
本节重点讨论了BatteryService和BatteryStatsService。其中，BatteryService和系统中的供电系统交互，通过它可获取电池状态等信息。而BatteryStatsService用于统计系统用电量的情况。就难度而言，BSS较为复杂，原因是Android试图对系统耗电量作非常细致的统计，导致统计项非常繁杂。另外，电量统计大多采用被动通知的方式（即需要其他服务主动调用BSS提供的noteXXXOn/noteXXXOff函数），这种实现方法一方面加重了其他服务的负担，另一方面影响了这些服务未来的功能扩展。
注意虽然Google费尽心血来完善电量统计，但这并不是解决耗电量大的根本途径。另外，读者可分析Settings程序中电量统计图的绘制以加深对各种统计对象的理解。Settings中和电量相关的文件在Android 4.0源码的/packages/apps/Settings/src/com/android/settings/fuelgauge/目录中。
5.6 本章学习指导
本章的难度其实在BSS中，而PMS和BatteryService相对较简单。在这三项服务中， PMS是核心。读者在研究PMS时，要注意把握以下几个方面：
· PMS的初期工作流程，即构造函数、init函数、systemReady函数和BootCompleted函数等。
· PMS功能在于根据当前系统状态（包括mUserState和mWakeLockState）去操作屏幕和灯光。而触发状态改变的有WakeLock的获取和释放，userActivity函数的调用，因此读者也要搞清楚PMS在这两个方面的工作原理。
· PMS还有一部分功能和传感器有关，其功能无非还是根据状态操作屏幕和灯光。除非工作需要，否则只需要简单了解这部分的工作流程即可。
对BSS来说，复杂之处在于它定义了很多成员变量和数据类型，并且没有一份电量统计标准的说明文档，因此笔者认为，读者只要搞清楚那几个计量工具和各个统计项的作用即可，如果在其他服务的代码中看到和BSS交互的函数，那么只需知道原因和目的即可。
另外，电源管理需要HAL层和Linux内核提供支持，感兴趣的读者不妨以本章知识为切入点，对底层技术进行一番深入剖析。
5.7 本章小结
电源管理系统的核心是PowerManagerService，还包括BatteryService和BatteryStatsService。本章对Android平台中的电源管理系统进行了较详细的分析，其中：
· 对于PMS，本章分析了它的初始化流程、WakeLock获取流程、userActivity函数的工作流程及Power按键处理流程。
· BatteryService功能较为简单，读者大概了解即可。
· 对于BatteryStatsService，本章对它内部的数据结构、统计对象等进行了较详细的介绍，并对其工作流程展开了分析。建议读者结合Settings应用中的相关代码，加深对其中各种计量工具及统计对象的理解。
[①] config.xml文件的全路径是4.0源码/frameworks/base/core/res/res/values/config.xml。
[②]必须在一定时间内完成按下和松开Power键的操作，否则系统会认为是关机操作。详情将在卷Ⅲ输入系统一章的分析。
[③]读者可阅读SDK文档中关于SystemClock类的说明。
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