[深入理解Android卷一全文-第八章]深入理解Surface系统

转载:https://blog.csdn.net/innost/article/details/47208337

第8章  深入理解Surface系统

本章主要内容

·  详细分析一个Activity的显示过程。

·  详细分析Surface。

·  详细分析SurfaceFlinger。

本章涉及的源代码文件名及位置:

· ActivityThread.java

framework/base/core/java/android/app/ActivityThread.java

·  Activity.java

framework/base/core/java/android/app/Activity.java

·  Instrumentation.java

framework/base/core/java/android/app/Instrumentation.java

·  PolicyManager.java

frameworks/policies/base/phone/com/android/internal/policy/impl/PolicyManager.java

·  Policy.java

frameworks/policies/base/phone/com/android/internal/policy/impl/Policy.java

·  PhoneWindow.java

frameworks/policies/base/phone/com/android/internal/policy/impl/PhoneWindow.java

·  Window.java

framework/base/core/java/android/view/Window.java

·  WindowManagerImpl

framework/ base/core/java/android/view/WindowManagerImpl.java

·  ViewRoot.java

framework/base/core/java/android/view/ViewRoot.java

·  Surface.java

framework/base/core/java/android/view/Surface.java

·  WindowManagerService.java

framework/base/services/java/com/android/server/WindowManagerService.java

·  IWindowSession.aidl

framework/base/core/java/android/view/IWindowSession.aidl

·  IWindow.aidl

framework/base/core/java/android/view/IWindow.aidl

·  SurfaceSession.java

framework/base/core/java/android/view/SurfaceSession.java

·  android_view_Surface.cpp

framework/base/core/jni/android_view_Surface.cpp

·  framebuffer_service.c

system/core/adb/framebuffer_service.c

·  SurfaceComposerClient.cpp

framework/base/libs/surfaceflinger_client/SurfaceComposerClient.cpp

·  SurfaceFlinger.cpp

framework/base/libs/surfaceflinger/SurfaceFlinger.cpp

·  ISurfaceComposer.h

framework/base/include/surfaceflinger/ISurfaceComposer.h

·  Layer.h

framework/base/include/surfaceflinger/Layer.h

·  Layer.cpp

framework/base/libs/surfaceflinger/Layer.cpp

·  LayerBase.cpp

framework/base/libs/surfaceflinger/LayerBase.cpp

·  Surface.cpp

framework/base/libs/surfaceflinger_client/Surface.cpp

·  SharedBufferStack.cpp

framework/base/libs/surfaceflinger_client/SharedBufferStack.cpp

·  GraphicBuffer.h

framework/base/include/ui/GraphicBuffer.h

·  GraphicBuffer.cpp

framework/base/libs/ui/GraphicBuffer.cpp

·  GraphicBufferAllocator.h

framework/base/include/ui/GraphicBufferAllocator.h

·  GraphicBufferAllocator.cpp

framework/base/libs/ui/GraphicBufferAllocator.cpp

·  GraphicBufferMapper.cpp

framework/base/libs/ui/GraphicBufferMapper.cpp

·  Android_natives.h

framework/base/include/ui/egl/Android_natives.h

·  android_native_buffer.h

framework/base/include/ui/android_native_buffer.h

·  native_handle.h

system/core/include/cutils/native_handle.h

·  gralloc.h

hardware/libhardware/include/hardware/gralloc.h

·  ISurface.cpp

framework/base/libs/surfaceflinger_client/ISurface.cpp

·  DisplayHardware.cpp

framework/base/libs/surfaceflinger/DisplayHardware.cpp

8.1  概述

Surface是继Audio系统后要破解第二个复杂的系统。它的难度和复杂度远远超过了Audio。基于这种情况,本章将集中精力打通Surface系统的“任督二脉”,这任督二脉分别是:

·  任脉:应用程序和Surface的关系。

·  督脉:Surface和SurfaceFlinger之间的关系。

当这二脉打通后,我们就可以自行修炼更高层次的功夫了。图8-1显示了这二脉的关系:

 

图8-1  Surface系统的任督二脉

其中,左图是任脉,右图是督脉。

·  先看左图。可以发现,不论Skia绘制二维图像,还是用OpenGL绘制三维图像,最终Application都要和Surface交互Surface就像是UI的画布,而App则像是在Surface上作画。所以要想打通任脉,就须破解App和Surface之间的关系。

·  再看右图。Surface和SurfaceFlinger的关系,很像Audio系统中AudioTrack和AudioFlinger的关系。Surface向SurfaceFlinger提供数据,而SurfaceFlinger则混合数据。所谓打通督脉的关键,就是破解Surface和SurfaceFlinger之间的关系。

目标已清楚,让我们开始“运功”破解代码吧!

说明:为书写方便起见,后文将SurfaceFlinger简写为SF。

8.2  一个Activity的显示

一般来说,应用程序的外表是通过Activity来展示的。那么,Activity是如何完成界面绘制工作的呢?根据前面所讲的知识,应用程序的显示和Surface有关,那么具体到Activity上,它和Surface又是什么关系呢?

本节就来讨论这些问题。首先从Activity的创建说起。

8.2.1  Activity的创建

我们已经知道了Activity的生命周期,如onCreate、onDestroy等,但大家是否考虑过这样一个问题:

·  如果没有创建Activity,那么onCreate和onDestroy就没有任何意义,可这个Activity究竟是在哪里创建的?。

第4章中的“Zygote分裂”一节已讲过,Zygote在响应请求后会fork一个子进程,这个子进程是App对应的进程,它的入口函数是ActivityThread类的main函数。ActivityThread类中有一个handleLaunchActivity函数,它就是创建Activity的地方。一起来看这个函数,代码如下所示:

[-->ActivityThread.java]

private final void handleLaunchActivity(ActivityRecord r, Intent customIntent) {

       //①performLaunchActivity返回一个Activity

       Activity a = performLaunchActivity(r, customIntent);

 

        if(a != null) {

           r.createdConfig = new Configuration(mConfiguration);

           Bundle oldState = r.state;

          //②调用handleResumeActivity

           handleResumeActivity(r.token, false, r.isForward);

   }

      ......

}

handleLaunchActivity函数中列出了两个关键点,下面对其分别介绍。

1. 创建Activity

第一个关键函数performLaunchActivity返回一个Activity,这个Activity就是App中的那个Activity(仅考虑App中只有一个Activity的情况),它是怎么创建的呢?其代码如下所示:

[-->ActivityThread.java]

private final Activity performLaunchActivity(ActivityRecord r,Intent customIntent) {

        

       ActivityInfo aInfo = r.activityInfo;

        ......//完成一些准备工作

      //Activity定义在Activity.java中

       Activity activity = null;

       try {

           java.lang.ClassLoader cl = r.packageInfo.getClassLoader();

     /*

     mInstrumentation为Instrumentation类型,源文件为Instrumentation.java。

     它在newActivity函数中根据Activity的类名通过Java反射机制来创建对应的Activity

     这个函数比较复杂,待会我们再分析它。

     */

           activity = mInstrumentation.newActivity(cl,component.getClassName(), r.intent);

            r.intent.setExtrasClassLoader(cl);

           if (r.state != null) {

               r.state.setClassLoader(cl);

           }

        }catch (Exception e) {

            ......

        }

 

       try {

           Application app =

             r.packageInfo.makeApplication(false,mInstrumentation);

 

            if (activity != null) {

               //在Activity中getContext函数返回的就是这个ContextImpl类型的对象

               ContextImpl appContext = new ContextImpl();

               ......

              //下面这个函数会调用Activity的onCreate函数

               mInstrumentation.callActivityOnCreate(activity, r.state);

                ......

       return activity;

 }

好了,performLaunchActivity函数的作用明白了吧?

·  根据类名以Java反射的方法创建一个Activity。

·  调用Activity的onCreate函数,开始SDK中大书特书Activity的生命周期。

那么,在onCreate函数中,我们一般会做什么呢?在这个函数中,和UI相关的重要工作就是调用setContentView来设置UI的外观。接下去,需要看handleLaunchActivity中第二个关键函数handleResumeActivity。

2. 分析handleResumeActivity

上面已创建好了一个Activity,再来看handleResumeActivity。它的代码如下所示:

[-->ActivityThread.java]

final void handleResumeActivity(IBinder token,boolean clearHide,boolean isForward) {

boolean willBeVisible = !a.mStartedActivity;

          

if (r.window == null && !a.mFinished&& willBeVisible) {

      r.window= r.activity.getWindow();

      //①获得一个View对象,decor

      View decor = r.window.getDecorView();

     decor.setVisibility(View.INVISIBLE);

      //②获得ViewManager对象

      ViewManager wm = a.getWindowManager();

      ......

      //③把刚才的decor对象加入到ViewManager中

       wm.addView(decor,l);

   }

         ......//其他处理

}

上面有三个关键点。这些关键点似乎已经和UI部分(如View、Window)有联系了。那么这些联系是在什么时候建立的呢?在分析上面代码中的三个关键点之前,请大家想想在前面的过程中,哪些地方会和UI挂上钩呢?

·  答案就在onCreate函数中,Activity一般都在这个函数中通过setContentView设置UI界面。

看来,必须先分析setContentView,才能继续后面的征程。

3. 分析setContentView

setContentView有好几个同名函数,现在只看其中的一个就可以了。代码如下所示:

[-->Activity.java]

public void setContentView(View view) {

//getWindow返回的是什么呢?一起来看看。

 getWindow().setContentView(view);

}

 

public Window getWindow() {

  return mWindow; //返回一个类型为Window的mWindow,它是什么?

}

上面出现了两个和UI有关系的类:View和Window[①]。来看SDK文档是怎么描述这两个类的。这里先给出原文描述,然后进行对应翻译:

 

这里面有一句比较关键的话:Window将做为一个顶层的view加入到Window Manager中。

View 是一个基本的UI单元,占据屏幕的一块矩形区域,可用于绘制,并能处理事件。

从上面的View和Window的描述,再加上setContentView的代码,我们能想象一下这三者的关系,如图8-2所示:

 

图8-2  Window/View的假想关系图

 

(1)Activity的Window

据上文讲解可知,Window是一个抽象类。它实际的对象到底属于什么类型?先回到Activity创建的地方去看看。下面正是创建Activity时的代码,可当时没有深入地分析。

activity = mInstrumentation.newActivity( cl,component.getClassName(), r.intent);

[-->Instrumentation.java]

public Activity newActivity(Classclazz, Context context,

           IBinder token, Application application, Intent intent,

            ActivityInfo info, CharSequencetitle, Activity parent,

String id,Object lastNonConfigurationInstance)

throws InstantiationException, IllegalAccessException{

       

Activity activity = (Activity)clazz.newInstance();

       ActivityThread aThread = null;

        //关键函数attach!!

       activity.attach(context, aThread, this, token, application, intent,

info, title,parent, id, lastNonConfigurationInstance,

new Configuration());

       return activity;

    }

看到关键函数attach了吧?Window的真相马上就要揭晓了,让我们用咆哮体②来表达内心的激动之情吧!!!!

[-->Activity.java]

final void attach(Context context,ActivityThread aThread,

           Instrumentation instr, IBinder token, int ident,

           Application application, Intent intent, ActivityInfo info,

           CharSequence title, Activity parent, String id,

           Object lastNonConfigurationInstance,

           HashMap lastNonConfigurationChildInstances,

           Configuration config) {

        ......

        //利用PolicyManager来创建Window对象,(PhoneWindow对象)

       mWindow = PolicyManager.makeNewWindow(this);

       mWindow.setCallback(this);

        ......

 

       mWindow.setWindowManager(null, mToken, mComponent.flattenToString());

        if(mParent != null) {

           mWindow.setContainer(mParent.getWindow());

        }

       //保存这个WindowManager对象

       mWindowManager = mWindow.getWindowManager();

       mCurrentConfig = config;

}

(2)水面下的冰山——PolicyManager

PolicyManager定义于PolicyManager.java文件,该文件在一个非常独立的目录下,现将其单独列出来:

·  frameworks/policies/base/phone/com/android/internal/policy/impl

注意,上面路径中的红色目录phone是针对智能手机这种小屏幕的;另外还有一个平级的目录叫mid,是针对Mid设备的。mid目录的代码比较少,可能目前还没有开发完毕。

下面来看这个PolicyManager,它比较简单。

[-->PolicyManager.java]

public final class PolicyManager {

    //通过Policy对象的makeNewWindow创建一个Window

    publicstatic Window makeNewWindow(Context context) {

       return sPolicy.makeNewWindow(context);

    }

}

这里有一个单例的sPolicy对象,它是Policy类型,请看它的定义。

(3)真正的Window

Policy类型的定义代码如下所示:

[-->Policy.java]

public class Policy implements IPolicy {

public PhoneWindow makeNewWindow(Contextcontext) {

        //makeNewWindow返回的是PhoneWindow对象

       return new PhoneWindow(context);

    }

}

(4)真正的WindowManager

先看WindowManager创建的代码,如下所示:

[-->Activity.java]

  ......//创建mWindow对象

   //调用mWindow的setWindowManager函数

mWindow.setWindowManager(null, mToken,mComponent.flattenToString());

   .....

 

[-->Window.java]

public void setWindowManager(WindowManager wm,IBinder appToken, String appName) {     //注意,传入的wm值为null

       mAppToken = appToken;

       mAppName = appName;

        if(wm == null) {

          //如果wm为空的话,则创建WindowManagerImpl对象

           wm = WindowManagerImpl.getDefault();

        }

       //mWindowManager是一个LocalWindowManager

       mWindowManager = new LocalWindowManager(wm);

    }

可得出以下结论:

·  Activity的mWindow成员变量其真实类型是PhoneWindow,而mWindowManager成员变量的真实类型是LocalWindowManager。

·  LocalWindowManager和WindowManagerImpl都实现了WindowManager接口。这里采用的是Proxy模式,表明LocalWindowManager将把它的工作委托WindowManagerImpl来完成。

(5)setContentView的总结

了解了上述知识后,重新回到setContentView函数。这次希望能分析得更深入些。

[-->Activity.java]

public void setContentView(View view) {

       getWindow().setContentView(view);//getWindow返回的是PhoneWindow

}

一起来看PhoneWindow的setContentView函数,代码如下所示:

[-->PhoneWindow]

public void setContentView(View view) {

   //调用另一个setContentView

   setContentView(view,new ViewGroup.LayoutParams(MATCH_PARENT,MATCH_PARENT));

}

 

public void setContentView(View view,ViewGroup.LayoutParams params) {

   //mContentParent为ViewGroup类型,它的初值为null,

  //(mContentParent是mDecor的一个子View,用于容纳Activity.setContentView(view) 设置的view)

     if(mContentParent == null) {

           installDecor();

     }else {

           mContentParent.removeAllViews();

     }

    //把view加入到ViewGroup中

    mContentParent.addView(view, params);

     ......

}

installDecor函数,其代码如下所示:

[-->PhoneWindow.java]

private void installDecor() {

    if (mDecor == null) {

     //创建mDecor,它为DecorView类型,从FrameLayout派生

     mDecor= generateDecor();

            ......

   }

  if(mContentParent == null) {

     //得到这个mContentParent(mDecor的一个子View)

mContentParent = generateLayout(mDecor);

    //创建标题栏

    mTitleView= (TextView)findViewById(com.android.internal.R.id.title);

......

}

generateLayout函数的输入参数为mDecor,输出为mContentParent,代码如下所示:

[-->PhoneWindow]

protected ViewGroup generateLayout(DecorViewdecor){

  ......

  int layoutResource;

  int features = getLocalFeatures();

  if((features & ((1 << FEATURE_LEFT_ICON) |(1 <

      if(mIsFloating) {

      //根据情况取得对应标题栏的资源id

     layoutResource =  com.android.internal.R.layout.dialog_title_icons;

     }

       ......

}

  mDecor.startChanging();

 View in =mLayoutInflater.inflate(layoutResource, null);

 //加入标题栏

 decor.addView(in,new ViewGroup.LayoutParams(MATCH_PARENT, MATCH_PARENT));

   /*

     ID_ANDROID_CONTENT的值为”com.android.internal.R.id.content”

     这个contentParent由findViewById返回,实际上就是mDecorView的一部分。

   */

   ViewGroup contentParent = (ViewGroup)findViewById(ID_ANDROID_CONTENT);

   ......

   mDecor.finishChanging();

   return contentParent;

}

下面看findViewById是如何实现的。它定义在Window.java中,代码如下所示:

[-->Window.java]

public View findViewById(int id) {

  //getDecorView将返回mDecorView,所以contentParent确实是DecorView的一部分

   return getDecorView().findViewById(id);

 }

大家还记得图8-2吗?介绍完上面的知识后,根据图8-2,可绘制更细致的图8-4:

 

图8-4  一个Activity中的UI组件

可从上图中看出,在Activity的onCreate函数中,通过setContentView设置的View,其实只是DecorView的子View。DecorView还处理了标题栏显示等一系列的工作

注意,这里使用了设计模式中的Decorator(装饰)模式,它也是UI编程中常用的模式之一。

 

4. 重回handleResumeActivity

看完setContentView的分析后,不知大家是否还记得这样一个问题:为什么要分析这个setContentView函数?在继续前行之前,先来回顾一下被setContentView打断的流程。

当时,我们正在分析handleResumeActivity,代码如下所示:

[-->ActivityThread.java]

final void handleResumeActivity(IBinder token,boolean clearHide,

boolean isForward) {

 booleanwillBeVisible = !a.mStartedActivity;

......

if (r.window == null && !a.mFinished&& willBeVisible) {

     r.window= r.activity.getWindow();

    //①获得一个View对象。现在知道这个view就是DecorView

   View decor = r.window.getDecorView();

   decor.setVisibility(View.INVISIBLE);

  //②获得ViewManager对象,这个wm就是LocalWindowManager

  ViewManager wm = a.getWindowManager();

  WindowManager.LayoutParamsl = r.window.getAttributes();

  if(a.mVisibleFromClient) {

       a.mWindowAdded= true;

       //③把刚才的decor对象加入到LocalWindowManager中

      wm.addView(decor,l);

   }

......//其他处理

}

 

来看这个addView函数,它的代码如下所示:

[-->Window.java LocalWindowManager]

public final void addView(View view,ViewGroup.LayoutParams params) {

  

 WindowManager.LayoutParams wp =(WindowManager.LayoutParams)params;

 CharSequence curTitle = wp.getTitle();

 ...... //做一些操作,可以不管它

//还记得前面提到过的Proxy模式吗?mWindowManager对象实际上是WindowManagerImpl类型

mWindowManager.addView(view, params);

}

看来,要搞清楚这个addView函数还是比较麻烦的,因为现在必须到WindowManagerImpl中去看看。它的代码如下所示:

[-->WindowManagerImpl.java]

private void addView(View view,ViewGroup.LayoutParams params, boolean nest)

{

  ViewRoot root; //ViewRoot,幕后的主角终于登场了!

  synchronized(this) {

  //①创建ViewRoot

  root =new ViewRoot(view.getContext());

  root.mAddNesting = 1;

  view.setLayoutParams(wparams);

           

  if(mViews == null) {

      index = 1;

      mViews = new View[1];

      mRoots= new ViewRoot[1];

     mParams = new WindowManager.LayoutParams[1];

   } else{

     ......

    }

   index--;

   mViews[index]= view;

   mRoots[index]= root;//保存这个root(ViewRoot )

   mParams[index]= wparams;

 

//②setView,其中view是刚才我们介绍的DecorView

  root.setView(view,wparams, panelParentView);//

}

(1)ViewRoot是什么?

ViewRoot实现了ViewParent接口。但它和Android基本绘图单元中的View却不太一样,比如:ViewParent不处理绘画,因为它没有onDraw函数。

如上所述,ViewParent和绘画没有关系:

[-->ViewRoot.java::ViewRoot定义]

public final class ViewRoot extends Handler implements ViewParent,

       View.AttachInfo.Callbacks //从Handler类派生

{

private final Surface mSurface = new Surface();//这里创建了一个Surface对象

final W mWindow; //是IWindow类型,ViewRoot是Bn端(服务器),WMS是Bp端,

                                    // 用于WMS在接收触摸、按键等事件后分发到对应进程对应Window处理

View mView;

}

上面这段代码传达出了一些重要信息:

·  ViewRoot继承了Handler类,看来它能处理消息。ViewRoot果真重写了handleMessage函数。稍侯再来看它。

·  ViewRoot有一个成员变量叫mSurface,它是Surface类型。

·  ViewRoot还有一个W类型的mWindow和一个View类型的mView变量。

(2)神笔马良乎?

这里冒出来一个Surface类。它是什么?在回答此问题之前,先来考虑这样一个问题:

·  前文介绍的View、DecorView等都是UI单元,这些UI单元的绘画工作都在onDraw函数中完成。如果把onDraw想象成画图过程,那么画布是什么?

Android肯定不是“马良”,它也没有那支可以在任何物体上作画的“神笔”,所以我们需要一块实实在在的画布,这块画布就是Surface。SDK文档对Surface类的说明是:Handle on to a raw buffer thatis being managed by the screen compositor。这句话的意思是:

·  Surface有一块Raw buffer

·  Surface操作这块Raw buffer。

·  Screen compositor(其实就是SurfaceFlinger)管理这块Raw buffer

Surface和SF、ViewRoot有什么关系呢?相信,聪明的你此时已经明白些了,这里用图8-5描绘一下心中的想法:

 

图8-5  马良的神笔工作原理

结合之前所讲的知识,图8-5清晰地传达了如下几条信息:

·  ViewRoot有一个成员变量mSurface,它是Surface类型,它和一块Raw Buffer有关联。

·  ViewRoot是一个ViewParent,它的子View的绘画操作,是在画布Surface上展开的。

·  Surface和SurfaceFlinger有交互,这非常类似AudioTrack和AudioFlinger之间的交互。

既然本章题目为“深入理解Surface系统”,那么就需要重点关注Surface和SurfaceFlinger间的关系。建立这个关系需ViewRoot的参与,所以应先来分析ViewRoot的创建和它的setView函数。

(3)ViewRoot的创建和对setView的分析

来分析ViewRoot的构造。关于它所包含内容,代码如下所示:

[-->ViewRoot.java]

public ViewRoot(Context context) {

       super();

      ....

       // getWindowSession 将建立  Activity的ViewRoot  和 WindowManagerService  的关系

      // 得到一个IWindowSession对象,用于与WMS通讯。

      getWindowSession(context.getMainLooper());

 

 

      //是IWindow类型,ViewRoot是Bn端(服务器),WMS是Bp端,

       // 用于WMS在接收触摸、按键等事件后分发到对应进程对应Window处理

       mWindow= new W(this, context);

}

getWindowsession函数。代码如下所示:

[-->ViewRoot.java]

ublic static IWindowSession getWindowSession(Looper mainLooper) {

synchronized (mStaticInit) {

  if(!mInitialized) {

   try {

      InputMethodManager imm =

         InputMethodManager.getInstance(mainLooper);

 //先得到WindowManagerService的Binder代理,通过binder通讯 调用WindowManagerService的openSession

sWindowSession = IWindowManager.Stub.asInterface(ServiceManager.getService("window"))

                 .openSession(imm.getClient(), imm.getInputContext());

                    mInitialized = true;

               } catch (RemoteException e) {

               }

           }

           return sWindowSession;

        }

    }

WindowSession?WindowManagerService?第一次看到这些东西时,我快疯了。复杂,太复杂,无比复杂!要攻克这些难题,应先来回顾一下与Zygote相关的知识:

·  WindowManagerService(以后简称WMS)由System_Server进程启动,SurfaceFlinger服务也在这个进程中。

Activity的显示还不单纯是它自己的事,还需要和WMS建立联系才行。继续看。先看setView的处理。这个函数很复杂,注意其中关键的几句。

openSession的操作是一个使用Binder通信的跨进程调用,暂且记住这个函数,在精简流程之后再来分析。

代码如下所示:

[-->ViewRoot.java]

public void setView(View view, WindowManager.LayoutParamsattrs,

                        View panelParentView){//第一个参数view是DecorView

      ......

       mView= view;//保存这个view(DecorView)

       synchronized (this) {

           requestLayout(); //发送DO_TRAVERSAL消息ViewRoot是从Handler派生的,所以这个消息最后会由ViewRoot自己处理

               try {

                //调用IWindowSession的add函数,第一个参数是mWindow,传递给WMS

                res =sWindowSession.add(mWindow, mWindowAttributes,getHostVisibility(), mAttachInfo.mContentInsets);

               }

          ......

}

ViewRoot的setView函数做了三件事:

·  保存传入的view参数为mView,这个mView指向PhoneWindow的DecorView。

·  调用requestLayout。

·  调用IWindowSession的add函数,这是一个跨进程的Binder通信,第一个参数是mWindow。

先来看这个requestLayout函数,它非常简单,就是往handler中发送了一个消息。注意,ViewRoot是从Handler派生的,所以这个消息最后会由ViewRoot自己处理

从上面的代码中可发现,ViewRoot和远端进程SystemServer的WMS有交互

·  ViewRoot调用openSession,得到一个IWindowSession对象,用于与WMS通讯。

·  调用WindowSession对象的add函数,把mWindow对象做为参数传入。

5. ViewRoot和WMS的关系

上面总结了ViewRoot和WMS的交互流程,其中一共有两个跨进程的调用。一起去看。

(1)调用流程分析

WMS的代码在WindowManagerService.java中:

[-->WindowManagerService.java]

public IWindowSession openSession(IInputMethodClient client,

                                        IInputContext inputContext) {

       ......

return new Session(client, inputContext);

}

Session是WMS定义的持内部类。它支Binder通信,并且属于Bn端

再来看它的add函数。代码如下所示:

[-->WindowManagerService.java::Session]

public int add(IWindow window,WindowManager.LayoutParams attrs,

               int viewVisibility, Rect outContentInsets) {

    //调用WMS的addWindow

    return addWindow(this, window, attrs, viewVisibility,outContentInsets);

}

[-->WindowManagerService.java]

public int addWindow(Session session, IWindowclient,

           WindowManager.LayoutParams attrs, int viewVisibility,

           Rect outContentInsets) {

           ......

          //创建一个WindowState

          win = new WindowState(session, client, token, attachedWindow, attrs,viewVisibility);

          ......

         //调用attach函数

          win.attach();

          ......

          return res;

}

WindowState类也是在WMS中定义的内部类,直接看它的attach函数,代码如下所示:

[-->WMS.java::WindowState]

void attach() {

      //mSession就是Session对象,调用它的windowAddedLocked函数

     mSession.windowAddedLocked();

}

[-->WMS.java::Session]

void windowAddedLocked() {

  if(mSurfaceSession == null) {

        ......

       //创建一个SurfaceSession对象

       mSurfaceSession= new SurfaceSession();

       ......

     }

      mNumWindow++;

}

 

(2)ViewRoot和WMS的关系梳理

ViewRoot和WMS之间的关系,可用图8-6来表示:

 

图8-6  ViewRoot和WMS的关系

总结一下图8-6中的知识点:

·  ViewRoot通过IWindowSession 跟WMS进程进行跨进程通信。IWindowSession定义在IWindowSession.aidl文件中。这个文件在编译时由aidl工具处理,最后会生成类似于Native Binder中Bn端和Bp端的代码,后文会介绍它。

·  ViewRoot内部有一个W类型的对象,它也是一个基于Binder通信的类,W是IWindow的Bn端,用于响应请求。IWindow定义在另一个aidl文件IWindow.aidl中。

为什么需要这两个特殊的类呢?简单介绍一下:

首先,来看IWindowSession.aidl对自己的描述:

·  System private per-application interface to the window manager:也就是说每个App进程都会和WMS建立一个IWindowSession会话。这个会话被App进程用于和WMS通信。后面会介绍它的requestLayout函数。

再看对IWindow.adil的描述:

·  API back to a client window that the Window Manager uses to informit of interesting things happening:这句话的大意是IWindow是WMS用来做事件通知的。每当发生一些事情时,WMS(Bp客户端)就会把这些事告诉某个IWindow。可以把IWindow想象成一个回调函数。

 

[-->IWindow.aidl定义]

void dispatchKey(in KeyEvent event);

void dispatchPointer(in MotionEvent event, longeventTime,

boolean callWhenDone);

void dispatchTrackball(in MotionEvent event,long eventTime,

boolean callWhenDone);

这里的事件指的就是按键、触屏等事件。那么,一个按键事件是如何被分发的呢?下面是它大致的流程:

·  WMS所在的SystemServer进程接收到按键事件

·  WMS找到UI位于屏幕顶端的进程所对应的IWindow对象,这是一个Bp端对象(保存在WMS中)。

·  调用这个IWindow对象的dispatchKey。IWindow对象的Bn端位于ViewRoot中,ViewRoot再根据内部View的位置信息找到真正处理这个事件的View,最后调用dispatchKey函数完成按键的处理

其实这些按键事件的分发机制可以拿Windows的UI编程来做类比,在Windows中应用程序的按键处理流程是:

·  每一个按键事件都会转化成一个消息,这个消息将由系统加入到对应进程消息队列该进程的消息在派发处理时,会根据消息的句柄找到对应的Window(窗口),继而该消息就由这个Window处理了

注意:上面的描述实际上大大简化了真实的处理流程,读者可在了解大体知识后进行更深入的研究。

上面介绍的是ViewRoot和WMS的交互,但是我们最关心的Surface还没有正式介绍,在此之前,还是先介绍Activity的流程。

8.2.2  Activity的UI绘制

ViewRoot的setView函数中,会有一个requestLayout。根据前面的分析可知,它会向ViewRoot发送一个DO_TRAVERSAL消息,来看它的handleMessage函数,代码如下所示:

[-->ViewRoot.java]

public void handleMessage(Message msg) {

       switch (msg.what) {

        ......

       case DO_TRAVERSAL:

            ......

           performTraversals();//调用performTraversals函数

......

           break;

       ......

}

}

再去看performTraversals函数,这个函数比较复杂,先只看它的关键部分,代码如下所示:

[-->ViewRoot.java]

private void performTraversals() {

 final View host = mView;//DecorView喔

 

  boolean initialized = false;

  boolean contentInsetsChanged = false;

  boolean visibleInsetsChanged;

  try {

    relayoutResult= //①关键函数relayoutWindow,WMS返回Surface,ViewRoot再在上面绘画

   relayoutWindow(params, viewVisibility,insetsPending);

   }

......

  draw(fullRedrawNeeded);// ②开始绘制

......

}

1. relayoutWindow的分析

performTraversals函数比较复杂,暂时只关注其中的两个函数relayoutWindow和draw即可。先看第一个relayoutWindow,代码如下所示:

[-->ViewRoot.java]

private int relayoutWindow(WindowManager.LayoutParams params,

int viewVisibility, boolean insetsPending)throws RemoteException {

      

       //原来是调用IWindowSession的relayOut

       int relayoutResult = sWindowSession.relayout(

               mWindow, params,

               (int) (mView.mMeasuredWidth * appScale + 0.5f),

               (int) (mView.mMeasuredHeight * appScale + 0.5f),

               viewVisibility, insetsPending, mWinFrame,

               mPendingContentInsets, mPendingVisibleInsets,

               mPendingConfiguration, mSurface); mSurface做为参数传进去了。

       }

   ......

}

2. draw的分析

再来看draw函数。这个函数非常重要,它可是Acitivity漂亮脸蛋的塑造大师啊,代码如下所示:

[-->ViewRoot.java]

private void draw(boolean fullRedrawNeeded) {

       Surface surface = mSurface;//mSurface是ViewRoot的成员变量,WMS返回的

       ......

        Canvas canvas;

       try {

           int left = dirty.left;

           int top = dirty.top;

           int right = dirty.right;

           int bottom = dirty.bottom;

           //从mSurface中lock一块Canvas

           canvas = surface.lockCanvas(dirty);

           ......

           mView.draw(canvas);//调用DecorView的draw函数,canvas就是画布的意思啦!

           ......

           //unlock画布,屏幕上马上就会见到漂亮宝贝的长相了。

           surface.unlockCanvasAndPost(canvas);

        }

          ......

    }

UI的显示好像很简单嘛!真的是这样的吗?在揭露这个“惊天秘密”之前我们先总结一下Activity的显示流程。

8.2.3  Activity总结

不得不承认的是前面几节的内容很多也很繁杂,为了让后面分析的过程更流畅轻松一些,所以我们必须要总结一下。关于Activity的创建和显示,前面几节的信息可提炼成如下几条:

·  Activity的顶层View是DecorView,而我们在onCreate函数中通过setContentView设置的View只不过是这个DecorView中的一部分罢了。DecorView是一个FrameLayout类型的ViewGroup。

·  Activity和UI有关,它包含一个Window(真实类型是PhoneWindow)和一个WindowManager(真实类型是LocalWindowManager)对象。这两个对象将控制整个Activity的显示

·  LocalWindowManager使用了WindowManagerImpl做为最终的处理对象(Proxy模式),这个WindowManagerImpl中有一个ViewRoot对象

·  ViewRoot实现了ViewParent接口,它有两个重要的成员变量,一个是mView,它指向Activity顶层UI单元的DecorView,另外有一个mSurface,这个Surface包含了一个Canvas(画布)。除此之外,ViewRoot还通过Binder系统和WindowManagerService进行了跨进程交互

·  ViewRoot能处理Handler的消息,Activity的显示就是由ViewRoot在它的performTraversals函数中完成的

·  整个Activity的绘图流程就是从mSurface中lock一块Canvas,然后交给mView去自由发挥画画的才能,最后unlockCanvasAndPost释放这块Canvas

这里和显示有关的就是最后三条了,其中最重要的内容都和Surface相关,既然mSurface是ViewRoot的本地变量,那就直接去看Surface。上面的代码分析一路走下来,真是比较流畅,波澜不惊,可事实果真如此吗?

8.3  初识Surface

本节将介绍Surface对象。它可是纵跨Java/JNI层的对象,想必读者朋友已经摩拳擦掌,跃跃欲试了。

8.3.1  和Surface有关的流程总结

这里,先总结一下前面讲解中和Surface有关的流程:

·  在ViewRoot构造时,会创建一个Surface,它使用无参构造函数,代码如下所示:

private final Surface mSurface = new Surface();

·  ViewRoot通过IWindowSession和WMS交互,会调用WMS中的一个attach函数,会构造一个SurfaceSession,代码如下所示:

void windowAddedLocked() {

   if(mSurfaceSession == null) {

        mSurfaceSession = new SurfaceSession();

        mNumWindow++;

}

}

·  ViewRoot在performTransval的处理过程中会调用IWindowSession的relayout函数。这个函数还没有分析。

·  ViewRoot调用Surface的lockCanvas,得到一块画布。

·  ViewRoot调用Surface的unlockCanvasAndPost释放这块画布。

这里从relayout函数开始分析,来看。

8.3.2  Surface之乾坤大挪移

1. 乾坤大挪移的表象

relayoutWindow的函数是一个跨进程的调用,由WMS完成实际处理。先到ViewRoot中看看调用方的用法,代码如下所示:

[-->ViewRoot.java]

private int relayoutWindow(WindowManager.LayoutParams params,

int viewVisibility, boolean insetsPending)

throws RemoteException {

       int relayoutResult = sWindowSession.relayout(

                mWindow, params,

               (int) (mView.mMeasuredWidth * appScale + 0.5f),

               (int) (mView.mMeasuredHeight * appScale + 0.5f),

               viewVisibility, insetsPending, mWinFrame,

               mPendingContentInsets, mPendingVisibleInsets,

               mPendingConfiguration, mSurface);//mSurface传了进去

        ......

       return relayoutResult;

    }

再看接收方的处理。它在WMS的Session中,代码如下所示:

[-->WindowManagerService.java::Session]

public int relayout(IWindow window,WindowManager.LayoutParams attrs,

               int requestedWidth, int requestedHeight, int viewFlags,

               boolean insetsPending, Rect outFrame, Rect outContentInsets,

               Rect outVisibleInsets, Configuration outConfig,

Surface outSurface) {

//注意最后这个参数的名字,叫outSurface

//调用外部类对象的relayoutWindow

   return relayoutWindow(this, window, attrs,

                    requestedWidth,requestedHeight, viewFlags, insetsPending,

                    outFrame, outContentInsets,outVisibleInsets, outConfig,

outSurface);

}

[-->WindowManagerService.java]

public int relayoutWindow(Session session,IWindow client,

           WindowManager.LayoutParams attrs, int requestedWidth,

           int requestedHeight, int viewVisibility, boolean insetsPending,

           Rect outFrame, Rect outContentInsets, Rect outVisibleInsets,

            Configuration outConfig, SurfaceoutSurface){

        .....

 try {

         //win就是WinState,这里将创建一个本地的Surface对象

         Surface surface = win.createSurfaceLocked();

          if(surface != null) {

            //先创建一个本地surface,然后在outSurface的对象上调用copyFrom

           //将本地Surface的信息拷贝到outSurface(ViewRoot中的)中

           outSurface.copyFrom(surface);

        ......

}

[-->WindowManagerService.java::WindowState]

Surface createSurfaceLocked() {

     ......

   try {

     //mSurfaceSession就是在Session上创建的SurfaceSession对象

     //这里,以它为参数,构造一个新的Surface对象

        mSurface = new Surface(

                mSession.mSurfaceSession, mSession.mPid,

                 mAttrs.getTitle().toString(),

                 0, w, h, mAttrs.format, flags);

      }

         Surface.openTransaction();//打开一个事务处理

        ......

         Surface.closeTransaction();//关闭一个事务处理。关于事务处理以后再分析

         ......

}

上面的代码段好像有点混乱。用图8-7来表示一下这个流程:

 

图8-7  复杂的Surface创建流程

根据图8-7可知:

·  WMS中的Surface是乾坤中的,它的构造使用了带SurfaceSession参数的构造函数。

·  ViewRoot中的Surface是乾坤中的,它的构造使用了无参构造函数。

·  copyFrom就是挪移,它将中的Surface信息,拷贝到中的Surface即outSurface里。

要是觉得乾坤大挪移就是这两三下,未免就太小看它了。为彻底揭示这期间的复杂过程,我们将使用必杀技——aidl工具。

2. 揭秘Surface的乾坤大挪移

奇怪!ViewRoot调用requestlayout竟然没有把outSurface信息传进去,这么说,服务端收到的Surface对象应该就是空吧?那怎么能调用copyFrom呢?还是来看服务端的处理,先看首先收到消息的onTransact函数,代码如下所示:

[-->test.java::Bn端::onTransact]

public boolean onTransact(int code,android.os.Parcel data,

                               android.os.Parcelreply, int flags)

                    throwsandroid.os.RemoteException

{

  switch(code)

  {

    caseTRANSACTION_relayout:

    {

      data.enforceInterface(DESCRIPTOR);

      android.view.IWindow_arg0;

      android.view.Surface_arg10;

      //刚才讲了,Surface信息并没有传过来,那么在relayOut中看到的outSurface是怎么

      //出来的呢?看下面这句可知,原来在服务端这边竟然new了一个新的Surface!!!

      _arg10= new android.view.Surface();

      int_result = this.relayout(_arg0, _arg1, _arg2, _arg3, _arg4,

      _arg5,_arg6, _arg7, _arg8, _arg9, _arg10);

      reply.writeNoException();

      reply.writeInt(_result);

      if((_arg10!=null)) {

           reply.writeInt(1);

           //调用outSurface的writeToParcel,把信息写到reply包中(返回给ViewRoot中的surface)。

           //注意最后一个参数为PARCELABLE_WRITE_RETURN_VALUE

           _arg10.writeToParcel(reply,android.os.Parcelable.PARCELABLE_WRITE_RETURN_VALUE);

        }

    }

    ......

   return true;

}

看完这个,会让人有点毛骨悚然。我最开始一直在JNI文件中寻找大挪移的踪迹,但有几个关键点始终不能明白,万不得已就使用了这个aidl必杀技,于是终于揭露出其真相了。

3. 乾坤大挪移的真相

这里,总结一下乾坤大挪移的整个过程,如图8-8表示:

 

图8-8  乾坤大挪移的真面目

上图非常清晰地列出了乾坤大挪移的过程,我们可结合代码来加深理解。

注意,这里,将BpWindowSession作为了IWindowSessionBinder在客户端的代表。

 

8.3.3  分析乾坤大挪移的JNI层

前文讲述的内容都集中在Java层,下面要按照流程顺序分析JNI层的内容。

1. Surface的无参构造分析

在JNI层,第一个被调用的是Surface的无参构造函数,其代码如下所示:

[-->Surface.java]

public Surface() {

        ......

       //CompatibleCanvas从Canvas类派生

       mCanvas = new CompatibleCanvas();

    }

Canvas是什么?根据SDK文档的介绍可知,画图需要“四大金刚”相互合作,这四大金刚是:

·  Bitmap:用于存储像素,也就是画布。可把它当做一块数据存储区域。

·  Canvas:用于记载画图的动作,比如画一个圆,画一个矩形等。Canvas类提供了这些基本的绘图函数。

·  Drawing primitive:绘图基元,例如矩形、圆、弧线、文本、图片等。

·  Paint:它用来描述绘画时使用的颜色、风格(如实线、虚线等)等。

在一般情况下,Canvas会封装一块Bitmap,而作图就是基于这块Bitmap的。前面说的画布,其实指的就是Canvas中的这块Bitmap

这些知识稍了解即可,不必去深究。Surface的无参构造函数没有什么有价值的内容,接着看下面的内容。

2. SurfaceSession的构造

现在要分析的是SurfaceSession,其构造函数如下所示:

[-->SurfaceSession.java]

public SurfaceSession() {

       init();//这是一个native函数

}

init是一个native函数。去看看它的JNI实现,它在android_view_Surface.cpp中,代码如下所示:

[-->android_view_Surface.cpp]

static void SurfaceSession_init(JNIEnv* env,jobject clazz)

{

     //创建一个SurfaceComposerClient对象

   sp client = new SurfaceComposerClient;

client->incStrong(clazz);

//在Java对象中保存这个client对象的指针到SurfaceSession,类型为SurfaceComposerClient

   env->SetIntField(clazz, sso.client, (int)client.get());

}

这里先不讨论SurfaceComposerClient的内容,拟继续把乾坤大挪移的流程走完。

3. Surface的有参构造

下一个调用的是Surface的有参构造,其参数中有一个SurfaceSession。先看Java层的代码,如下所示:

[-->Surface.java]

    //传入一个SurfaceSession对象

    publicSurface(SurfaceSession s,int pid, String name, int display, int w, int h, int format, int flags)

       throws OutOfResourcesException {

        ......

       mCanvas = new CompatibleCanvas();

      //又一个native函数,注意传递的参数:display  以后再说,w,h代表绘图区域的宽高值

       init(s,pid,name,display,w,h,format,flags);

       mName = name;

    }

Surface的native init函数的JNI实现,也在android_view_Surface.cpp中,一起来看:

[-->android_view_Surface.cpp]

static void Surface_init(

        JNIEnv*env, jobject clazz,

       jobject session,

       jint pid, jstring jname, jint dpy, jint w, jint h, jint format, jintflags)

{

   //从SurfaceSession对象中取出之前创建的那个SurfaceComposerClient对象

SurfaceComposerClient* client =

           (SurfaceComposerClient*)env->GetIntField(session, sso.client);

 

   sp surface;//注意它的类型是SurfaceControl

if (jname == NULL) {

    /*

调用SurfaceComposerClient的createSurface函数,返回的surface是一个

SurfaceControl类型。

*/

       surface = client->createSurface(pid, dpy, w, h, format, flags);

    } else{

        ......

}

   //把这个surfaceControl对象设置到Java层的Surface对象中,对这个函数就不再分析了

   setSurfaceControl(env, clazz, surface);

}

4. copyFrom的分析

现在要分析的就是copyFrom了。它就是一个native函数。看它的JNI层代码:

[-->android_view_Surface.cpp]

static void Surface_copyFrom(JNIEnv* env,jobject clazz, jobject other)

{

   //根据JNI函数的规则,clazz是copyFrom的调用对象,而other是copyFrom的参数。

   //目标对象此时还没有设置SurfaceControl,而源对象在前面已经创建了SurfaceControl

   constsp& surface = getSurfaceControl(env, clazz);

   constsp& rhs = getSurfaceControl(env, other);

if (!SurfaceControl::isSameSurface(surface, rhs)) {

        //把源SurfaceControl对象设置到目标Surface中。

       setSurfaceControl(env, clazz, rhs);

    }

}

这一步还是比较简单的,下面看第五步writeToParcel函数的调用。

5. writeToParcel的分析

多亏了必杀技aidl工具的帮忙,才挖出这个隐藏的writeToParcel函数调用,下面就来看看它,代码如下所示:

[-->android_view_Surface.cpp]

static void Surface_writeToParcel(JNIEnv* env,jobject clazz,

jobject argParcel, jint flags)

{

   Parcel* parcel = (Parcel*)env->GetIntField(argParcel, no.native_parcel);

//clazz就是Surface对象,从这个Surface对象中取出保存的SurfaceControl对象

const sp&control(getSurfaceControl(env, clazz));

/*

把SurfaceControl中的信息写到Parcel包中,然后利用Binder通信传递到对端,(ViewRoot端)

对端通过readFromParcel来处理Parcel包。

*/

   SurfaceControl::writeSurfaceToParcel(control, parcel);

if (flags & PARCELABLE_WRITE_RETURN_VALUE) {

       //还记得PARCELABLE_WRITE_RETURN_VALUE吗?flags的值就等于它

       //所以本地Surface对象的SurfaceControl值被置空了

       setSurfaceControl(env, clazz, 0);

    }

}

 

6. readFromParcel的分析

再看作为客户端的ViewRoot所调用的readFromParcel函数。它也是一个native函数,JNI层的代码如下所示:

[-->android_view_Surface.cpp]

static void Surface_readFromParcel(

       JNIEnv* env, jobject clazz, jobject argParcel)

{

   Parcel* parcel = (Parcel*)env->GetIntField( argParcel,no.native_parcel);

  

   //注意下面定义的变量类型是Surface,而不是SurfaceControl

   const sp&control(getSurface(env, clazz));

   //根据服务端传递的Parcel包来构造一个新的surface。

   sp rhs = new Surface(*parcel);

if (!Surface::isSameSurface(control, rhs)) {

//把这个新surface赋给ViewRoot中的mSurface对象。

      setSurface(env,clazz, rhs);

    }

}

7. Surface乾坤大挪移的小结

可能有人会问,乾坤大挪移怎么这么复杂?这期间出现了多少对象?来总结一下,在此期间一共有三个关键对象(注意我们这里只考虑JNI层的Native对象),它们分别是:

·  SurfaceComposerClient。

·  SurfaceControl。

·  Surface,这个Surface对象属于Native层,和Java层的Surface相对应。

其中转移到ViewRoot成员变量mSurface中的,就是最后这个Surface对象了。这一路走来,真是异常坎坷。来回顾并概括总结一下这段历程。至于它的作用应该是很清楚了。以后要破解SurfaceFlinger,靠的就是这个精简的流程。

·  创建一个SurfaceComposerClient。

·  调用SurfaceComposerClient的createSurface得到一个SurfaceControl对象。

·  调用SurfaceControl的writeToParcel把一些信息写到Parcel包中。

·  根据Parcel包的信息构造一个Surface对象。这个Surface对象保存到Java层的mSurface对象中。这样,大挪移的结果是ViewRoot得到一个Native的Surface对象。

精简流程后,寥寥数语就可把过程说清楚。以后我们在研究代码时,也可以采取这种方式。

这个Surface对象非常重要,可它到底有什么用呢?这正是下一节要讲的内容。

8.3.4  Surface和画图

下面,来看最后两个和Surface相关的函数调用:一个是lockCanvas;另外一个是unlockCanvasAndPost。

1. lockCanvas的分析

要对lockCanvas进行分析,须先来看Java层的函数,代码如下所示:

[-->Surface.java::lockCanvas()]

public Canvas lockCanvas(Rect dirty)

throws OutOfResourcesException,IllegalArgumentException

 {

       return lockCanvasNative(dirty);//调用native的lockCanvasNative函数。

}

[-->android_view_Surface.cpp::Surface_lockCanvas()]

static jobject Surface_lockCanvas(JNIEnv* env,jobject clazz, jobject dirtyRect)

{

    //从Java中的Surface对象中,取出费尽千辛万苦得到的Native的Surface对象

    constsp& surface(getSurface(env, clazz));

    ......

 

// dirtyRect表示需要重绘的矩形块,下面根据这个dirtyRect设置dirtyRegion

    RegiondirtyRegion;

    if(dirtyRect) {

       Rect dirty;

       dirty.left  =env->GetIntField(dirtyRect, ro.l);

       dirty.top   =env->GetIntField(dirtyRect, ro.t);

       dirty.right = env->GetIntField(dirtyRect, ro.r);

        dirty.bottom=env->GetIntField(dirtyRect, ro.b);

        if(!dirty.isEmpty()) {

           dirtyRegion.set(dirty);   

        }

    } else{

       dirtyRegion.set(Rect(0x3FFF,0x3FFF));

    }

   

//调用NativeSurface对象的lock函数

//传入了一个参数Surface::SurfaceInfo info和一块表示脏区域的dirtyRegion

   Surface::SurfaceInfo info;

   status_t err = surface->lock(&info, &dirtyRegion);

    ......

//Java的Surface对象构造的时候会创建一个CompatibleCanvas。

//这里就取出这个CompatibleCanvas对象

   jobject canvas = env->GetObjectField(clazz, so.canvas);

   env->SetIntField(canvas, co.surfaceFormat, info.format);

    //从Canvas对象中取出SkCanvas对象

   SkCanvas* nativeCanvas =(SkCanvas*)env->GetIntField(canvas, no.native_canvas);

    SkBitmap bitmap;

    ssize_t bpr = info.s *bytesPerPixel(info.format);

   bitmap.setConfig(convertPixelFormat(info.format), info.w, info.h, bpr);

   ......

if (info.w > 0 && info.h > 0) {

//info.bits指向一块存储区域。

       bitmap.setPixels(info.bits);

    } else{

        bitmap.setPixels(NULL);

}

//给这个SkCanvas设置一个Bitmap

//这里将Bitmap设置到这个Canvas中,这样进UI绘画时就有画布了。

   nativeCanvas->setBitmapDevice(bitmap);

    ......

   

    return canvas;

}

lockCanvas还算比较简单:

·  先获得一块存储区域,然后将它和Canvas绑定到一起,这样,UI绘画的结果就记录在这块存储区域里了。

注意,本书不拟讨论Android系统上Skia和OpenGL方面的知识,有兴趣的读者可自行研究。

接下来看unlockCanvasAndPost函数,它也是一个native函数:

2. unlockCanvasAndPost的分析

来看unlockCanvasAndPost的代码,如下所示:

[-->android_view_Surface.cpp]

static void Surface_unlockCanvasAndPost(JNIEnv*env, jobject clazz,

jobject argCanvas)

{

    jobjectcanvas = env->GetObjectField(clazz, so.canvas);

    //从Java中的Surface对象中,取出Native的Surface对象

const sp& surface(getSurface(env,clazz));

//下面这些内容,不拟讨论,读者若有兴趣,可结合Skia库,自行研究。

SkCanvas* nativeCanvas =(SkCanvas*)env->GetIntField(canvas,

                                                 no.native_canvas);

    intsaveCount = env->GetIntField(clazz, so.saveCount);

   nativeCanvas->restoreToCount(saveCount);

   nativeCanvas->setBitmapDevice(SkBitmap());

   env->SetIntField(clazz, so.saveCount, 0);

 

    //调用Surface对象的unlockAndPost函数。

   status_t err = surface->unlockAndPost();

    ......

}

unlockCanvasAndPost也很简单,这里就不再多说了。

8.3.5  初识Surface总结

在本节的最后,我们来概括总结一下这一节所涉及到和Surface相关的调用流程,以备攻克下一个难关,如图8-9所示 :

 

图8-9  Surface的精简流程图

8.4  深入分析Surface

这一节,拟基于图8-9中的流程,对Surface进行深入分析。在分析之前,还需要介绍一些Android平台上图形/图像显示方面的知识,这里统称之为与Surface相关的基础知识。

8.4.1  与Surface相关的基础知识介绍

1. 显示层(Layer)和屏幕组成

你了解屏幕显示的漂亮界面是如何组织的吗?来看图8-10所展示的屏幕组成示意图:

 

图8-10  屏幕组成示意图

从图8-10中可以看出:

·  屏幕位于一个三维坐标系中,其中Z轴从屏幕内指向屏幕外

·  编号为①②③的矩形块叫显示层(Layer)。每一层有自己的属性,例如颜色、透明度、所处屏幕的位置、宽、高等。除了属性之外,每一层还有自己对应的显示内容,也就是需要显示的图像

在Android中,Surface系统工作时,会由SurfaceFlinger对这些按照Z轴排好序的显示层进行图像混混合后的图像就是在屏幕上看到的美妙画面了。这种按Z轴排序的方式符合我们在日常生活中的体验,例如前面的物体会遮挡住后面的物体。

注意,Surface系统中定义了一个名为Layer类型的类,为了区分广义概念上的Layer和代码中的Layer,这里称广义层的Layer为显示层,以免混淆。

Surface系统提供了三种属性,一共四种不同的显示层。简单介绍一下:

·  第一种属性是eFXSurfaceNormal属性,大多数的UI界面使用的就是这种属性。它有两种模式

       1)Normal模式,这种模式的数据,是通过前面的mView.draw(canvas)画上去的。这也是绝大多数UI所采用的方式。

       2)PushBuffer模式,这种模式对应于视频播放、摄像机摄录/预览等应用场景。以摄像机为例,当摄像机运行时,来自Camera的预览数据直接push到Buffer中,无须应用层自己再去draw了。

·  第二种属性是eFXSurfaceBlur属性这种属性的UI有点朦胧美,看起来很像隔着一层毛玻璃。

·  第三种属性是eFXSurfaceDim属性这种属性的UI看起来有点暗,好像隔了一层深色玻璃。从视觉上讲,虽然它的UI看起来有点暗,但并不模糊。而eFXSurfaceBlur不仅暗,还有些模糊。

图8-11展示了最后两种类型的视觉效果图,其中左边的是Blur模式,右边的是Dim模式。

[深入理解Android卷一全文-第八章]深入理解Surface系统_第1张图片

图8-11  Blur和Dim效果图

注意,关于Surface系统的显示层属性定义,读者可参考ISurfaceComposer.h。

本章将重点分析第一种属性的两类显示层的工作原理。

2. FrameBuffer和PageFlipping

我们知道,在Audio系统中,音频数据传输的过程是:

·  由客户端把数据写到共享内存中。

·  然后由AudioFlinger从共享内存中取出数据再往Audio HAL中发送。

根据以上介绍可知,在音频数据传输的过程中,共享内存起到了数据承载的重要作用。                                                           无独有偶,Surface系统中的数据传输也存在同样的过程,但承载图像数据的是鼎鼎大名的FrameBuffer(简称FB)。

(1)FrameBuffer的介绍

FrameBuffer的中文名叫帧缓冲,它实际上包括两个不同的方面:

·  Frame:帧,就是指一幅图像。在屏幕上看到的那幅图像就是一帧。

·  Buffer:缓冲,就是一段存储区域,可这个区域存储的是帧。

FrameBuffer的概念很清晰,它就是一个存储 图形/图像帧数据的缓冲。这个缓冲来自哪里?理解这个问题,需要简单介绍一下Linux平台的虚拟显示设备FrameBuffer Device(简称FBD)。FBD是Linux系统中的一个虚拟设备,设备文件对应为/dev/fb%d(比如/dev/fb0)这个虚拟设备将不同硬件厂商实现的真实设备统一在一个框架下,这样应用层就可以通过标准的接口进行图形/图像的输入和输出了。图8-12展示了FBD示意图:

 

图8-12  Linux系统中的FBD示意图

从上图中可以看出,应用层通过标准的ioctl或mmap等系统调用,就可以操作显示设备,用起来非常方便。这里,把mmap的调用列出来,相信大部分读者都知道它的作用了。

FrameBuffer中的Buffer,就是通过mmap把设备中的显存映射到用户空间的,在这块缓冲上写数据,就相当于在屏幕上绘画。

注意:上面所说的框架将引出另外一个概念Linux FrameBuffer(简称LFB)。LFB是Linux平台提供的一种可直接操作FB的机制依托这个机制,应用层通过标准的系统调用,就可以操作显示设备了。从使用的角度来看,它和Linux Audio中的OSS有些类似。

 

前面在Audio系统中讲过,CB对象通过读写指针来协调生产者/消费者的步调Surface系统中也一样

(2)PageFlipping

图形/图像数据和音频数据不太一样,我们一般把音频数据叫音频流,它是没有边界的, 而图形/图像数据是一帧一帧的,是有边界的。这一点非常类似UDP和TCP之间的区别。所以在图形/图像数据的生产/消费过程中,人们使用了一种叫PageFlipping的技术。

PageFlipping的中文名叫画面交换,其操作过程如下所示:

·  分配一个能容纳两帧数据的缓冲,前面一个缓冲叫FrontBuffer,后面一个缓冲叫BackBuffer。

·  消费者使用FrontBuffer中的旧数据,而生产者用新数据填充BackBuffer,二者互不干扰。

·  当需要更新显示时,BackBuffer变成FrontBuffer,FrontBuffer变成BackBuffer。如此循环,这样就总能显示最新的内容了。这个过程很像我们平常的翻书动作,所以它被形象地称为PageFlipping。

说白了,PageFlipping其实就是使用了一个只有两个成员的帧缓冲队列,以后在分析数据传输的时候还会见到诸如dequeue和queue的操作。

3. 图像混合

在AudioFlinger中有混音线程,它能将来自多个数据源的数据混合后输出,Surface系统支持软硬两个层面的图像混合:

·  软件层面的混合:例如使用copyBlt进行源数据和目标数据的混合。

·  硬件层面的混合:使用Overlay系统提供的接口。

无论是硬件还是软件层面,都需将源数据和目标数据进行混合,混合需考虑很多内容,例如源的颜色和目标的颜色叠加后所产生的颜色。关于这方面的知识,读者可以学习计算机图形/图像学。这里只简单介绍一下copyBlt和Overlay。

·  copyBlt,从名字上看,是数据拷贝,它也可以由硬件实现,例如现在很多的2D图形加速就是将copyBlt改由硬件来实现,以提高速度的。但不必关心这些,我们只需关心如何调用copyBlt相关的函数进行数据混合即可

·  Overlay方法必须有硬件支持才可以,它主要用于视频的输出,例如视频播放、摄像机摄像等,因为视频的内容往往变化很快,所以如改用硬件进行混合效率会更高

总体来说,Surface是一个比较庞大的系统,由于篇幅和精力所限,本章后面的内容将重点关注Surface系统的框架和工作流程。在掌握框架和流程后,读者就可以在大的脉络中迅速定位到自己感兴趣的地方,然后展开更深入的研究了。

下面通过图8-9所示的精简流程,深入分析Android的Surface系统。

8.4.2  SurfaceComposerClient的分析

1. 创建SurfaceComposerClient

[-->SurfaceComposerClient.cpp]

SurfaceComposerClient::SurfaceComposerClient()

{

  //getComposerService()将返回SF的BpSurfaceFlinger对象

sp sm(getComposerService());

//先调用SF的createConnection,再调用_init

  _init(sm, sm->createConnection());

 

    if(mClient != 0) {

       Mutex::Autolock _l(gLock);

       //gActiveConnections是全局变量,把刚才创建的client保存到这个map中去

       gActiveConnections.add(mClient->asBinder(), this);

    }

}

果然如此,SurfaceComposerClient建立了和SF的交互通道,下面直接转到SF的createConnection函数去观察。

(1)createConnection的分析

直接看代码,如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

spSurfaceFlinger::createConnection()

{

   Mutex::Autolock _l(mStateLock);

   uint32_t token = mTokens.acquire();

   //先创建一个Client。

   sp client = new Client(token, this);

    //把这个Client对象保存到mClientsMap中,token是它的标识。

   status_t err = mClientsMap.add(token, client);

/*

创建一个用于Binder通信的BClient,BClient派生于ISurfaceFlingerClient,

接受客户端的请求,然后把处理提交给SF,注意,并不是提交给Client

Client会创建一块共享内存,该内存由getControlBlockMemory函数返回

*/

   sp bclient = new BClient(this, token,client->getControlBlockMemory());

    return bclient;

}

上面代码中提到,Client会创建一块共享内存。熟悉Audio的读者或许会认为,这可能是Surface的ControlBlock对象了!是的。CB对象在协调生产/消费步调时,起到了决定性的控制作用,所以非常重要,下面来看:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

Client::Client(ClientID clientID, constsp& flinger)

    :ctrlblk(0), cid(clientID), mPid(0), mBitmap(0), mFlinger(flinger)

{

const int pgsize = getpagesize();

//下面这个操作会使cblksize为页的大小,目前是4096字节。

    constint cblksize = ((sizeof(SharedClient)+(pgsize-1))&~(pgsize-1));

    //MemoryHeapBase是我们的老朋友了,共享内存操作封装类

   mCblkHeap = new MemoryHeapBase(cblksize, 0, "SurfaceFlinger Clientcontrol-block");

 

   ctrlblk = static_cast(mCblkHeap->getBase());

    if(ctrlblk) {

       new(ctrlblk) SharedClient; //使用了placement new

    }

}

原来,Surface的CB对象就是在共享内存中创建的这个SharedClient对象。先来认识一下这个SharedClient。

(2)SharedClient的分析

SharedClient定义了一些成员变量,代码如下所示:

class SharedClient

{

public:

   SharedClient();

   ~SharedClient();

   status_t validate(size_t token) const;

   uint32_t getIdentity(size_t token) const;//取出标识本Client的token

 

private:

    Mutexlock;

Condition cv; //支持跨进程的同步对象

//NUM_LAYERS_MAX为31,

// 一个Client最多支持31个显示层。每一个显示层的生产/消费 步调都由会对应的SharedBufferStack来控制。

// 而它内部就用了几个成员变量来控制读写位置。

   SharedBufferStack surfaces[ NUM_LAYERS_MAX ];

};

//SharedClient的构造函数,没什么新意,不如Audio的CB对象复杂

SharedClient::SharedClient()

    :lock(Mutex::SHARED), cv(Condition::SHARED)

{

}

 

认识一下SharedBufferStack的这几个控制变量,如下所示:

[-->SharedBufferStack.h]

class  SharedBufferStack{

     ......

    //Buffer是按块使用的,每个Buffer都有自己的编号,其实就是数组中的索引号。

   volatile int32_t head;     //FrontBuffer的编号

   volatile int32_t available; //空闲Buffer的个数

   volatile int32_t queued;  //脏Buffer的个数,脏Buffer表示有新数据的Buffer

   volatile int32_t inUse; //SF当前正在使用的Buffer的编号   

    volatilestatus_t status; //状态码

     ......

  }

注意,上面定义的SharedBufferStack是一个通用的控制结构,而不仅是针对于只有两个Buffer的情况。根据前面介绍的PageFlipping知识,如果只有两个FB,那么,SharedBufferStack的控制就比较简单了:

要么SF读1号Buffer,客户端写0号Buffer,要么SF读0号Buffer,客户端写1号Buffer。

图8-13是展示了SharedClient的示意图:

 

图8-13  SharedClient的示意图

从上图可知:

·  SF的Client变量分配一个跨进程共享的SharedClient对象。这个对象有31个SharedBufferStack元素,每一个SharedBufferStack对应于一个显示层。

·  一个显示层将创建两个Buffer,后续的PageFlipping就是基于这两个Buffer展开的。

另外,每一个显示层中,其数据的生产和消费并不是直接使用SharedClient对象来进行具体控制的,而是基于SharedBufferServerSharedBufferClient两个结构,由这两个结构来对该显示层使用的SharedBufferStack进行操作,这些内容在以后的分析中还会碰到。

注意,这里的显示层指的是Normal类型的显示层。

来接着分析后面的_init函数。

(3)_init函数的分析

先回顾一下之前的调用,代码如下所示:

[-->SurfaceComposerClient.cpp]

SurfaceComposerClient::SurfaceComposerClient()

{

   ......

   _init(sm, sm->createConnection());

   ......

}

来看这个_init函数,代码如下所示:

[-->SurfaceComposerClient.cpp]

void SurfaceComposerClient::_init(const sp& sm, constsp& conn)

{

   mPrebuiltLayerState = 0;

   mTransactionOpen = 0;

   mStatus = NO_ERROR;

   mControl = 0;

 

   mClient = conn;//mClient就是BClient的客户端

    mControlMemory =mClient->getControlBlock();

mSignalServer = sm;// mSignalServer就是BpSurfaceFlinger

//mControl就是那个创建于共享内存之中的SharedClient

    mControl = static_cast(mControlMemory->getBase());

}

_init函数的作用,就是初始化SurfaceComposerClient中的一些成员变量。最重要的是得到了三个成员:

·  mSignalServer 它其实是SurfaceFlinger的客户端代理BpSurfaceFlinger,它的主要作用是,在客户端更新完BackBuffer后(也就是刷新了界面后),通知SF进行PageFlipping和输出等工作。

·  mControl它是跨进程共享的SharedClient,共享内存之中,是Surface系统的ControlBlock对象。

·  mClient它是BClient的客户端

 

2. 到底有多少种对象?

这一节,出现了好几种类型的对象,通过图8-14来看看它们:

 

图8-14  类之间关系展示图

从上图中可以看出:

·  SurfaceFlinger是从Thread派生的,所以它会有一个单独运行的工作线程。

·  BClient和SF之间采用了Proxy模式,BClient支持Binder通信,它接收客户端的请求,并派发给SF执行

·  SharedClient构建于一块共享内存中,SurfaceComposerClient和Client对象均持有这块共享内存

在精简流程中,关于SurfaceComposerClient就分析到这里,下面分析第二个步骤中的SurfaceControl对象。

8.4.3  SurfaceControl的分析

1. SurfaceControl的来历

根据精简的流程可知,这一节要分析的是SurfaceControl对象。先回顾一下这个对象的创建过程,代码如下所示:

[-->android_view_Surface.cpp]

static void Surface_init(JNIEnv* env, jobjectclazz, jobject session,

       jint pid, jstring jname, jint dpy, jint w, jint h, jint format, jintflags)

{

    SurfaceComposerClient* client =

           (SurfaceComposerClient*)env->GetIntField(session, sso.client);

    //注意这个变量,类型是SurfaceControl,名字却叫surface,稍不留神就出错了。

    sp<SurfaceControl>surface;

if (jname == NULL) {

    //调用Client的createSurface函数,得到一个SurfaceControl对象。

   // 使用Binder通信将请求发给SF

    surface= client->createSurface(pid, dpy, w, h, format, flags);

    }

......

   //将这个SurfaceControl对象设置到Java层的对象中保存。

   setSurfaceControl(env, clazz, surface);

}

通过上面的代码可知,SurfaceControl对象由createSurface得来,下面看看这个函数。

此时,读者或许会被代码中随意起的变量名搞糊涂,因为我的处理方法碰到了容易混淆的地方,尽量以对象类型来表示这个对象。

(1)分析createSurface的请求端

在createSurface内部会使用Binder通信将请求发给SF,所以它分为请求和响应两端,先看请求端,代码如下所示:

[-->SurfaceComposerClient.cpp]

spSurfaceComposerClient::createSurface(

       int pid,

       DisplayID display,//DisplayID屏幕编号,例如双屏手机就有内屏和外屏两块屏幕。由于目前Android的Surface系统只支持一块屏幕,所以这个变量的取值都是0。

       uint32_t w,

       uint32_t h,

       PixelFormat format,

       uint32_t flags)

{

   String8 name;

    constsize_t SIZE = 128;

    charbuffer[SIZE];

   snprintf(buffer, SIZE, "", getpid());

   name.append(buffer);

   //调用另外一个createSurface,多一个name参数

    return SurfaceComposerClient::createSurface(pid, name, display,w, h, format, flags);

}

再分析另外一个createSurface函数,它的代码如下所示:

[-->SurfaceComposerClient.cpp]

spSurfaceComposerClient::createSurface(

       int pid,const String8& name,DisplayID display,uint32_t w,

       uint32_t h,PixelFormat format,uint32_t flags)

{

   sp result;

    if(mStatus == NO_ERROR) {

       ISurfaceFlingerClient::surface_data_t data;

        //调用BpSurfaceFlingerClient的createSurface函数

       sp surface = mClient->createSurface(&data, pid,name,display, w, h,format, flags);

        if(surface != 0) {

           if (uint32_t(data.token) < NUM_LAYERS_MAX) {

               //以返回的ISurface对象创建一个SurfaceControl对象

               result = new SurfaceControl(this, surface, data, w, h,format, flags);

           }

        }

}

    return result;//返回的是SurfaceControl对象

}

请求端的处理比较简单:

·  调用跨进程的createSurface函数,得到一个ISurface对象,根据Binder一章的知识可知,这个对象的真实类型是BpSurface。不过以后统称之为ISurface。

·  以这个ISurface对象为参数,构造一个SurfaceControl对象。

createSurface函数的响应端在SurfaceFlinger进程中,下面去看这个函数。

在Surface系统定义了很多类型,咱们也中途休息一下,不妨来看看和字符串“Surface”有关的有多少个类,权当其为小小的娱乐:

Native层有Surface、ISurface、SurfaceControl、SurfaceComposerClient。

Java层有Surface、SurfaceSession。

上面列出的还只是一部分,后面还有呢!*&@&*%¥*

(2)分析createSurface的响应端

前面讲过,可把BClient看作是SF的Proxy,它会把来自客户端的请求派发给SF处理,通过代码来看看,是不是这样的?如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

sp BClient::createSurface(

       ISurfaceFlingerClient::surface_data_t* params, int pid,

       const String8& name,

       DisplayID display, uint32_t w, uint32_t h, PixelFormat format,

       uint32_t flags)

{

  //果然是交给SF处理,以后我们将跳过BClient这个代理。 

return mFlinger->createSurface(mId, pid,name, params, display, w, h,format, flags);

}

来看createSurface函数,它的目的就是创建一个ISurface对象,不过这中间的玄机还挺多,代码如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

spSurfaceFlinger::createSurface(ClientID clientId, int pid,

       const String8& name, ISurfaceFlingerClient::surface_data_t* params,

       DisplayID d, uint32_t w, uint32_t h, PixelFormat format,

       uint32_t flags)

{

sp layer;//LayerBaseClient是Layer家族的基类

//这里又冒出一个LayerBaseClient的内部类,它也叫Surface,

   sp surfaceHandle;

 

   

Mutex::Autolock _l(mStateLock);

//根据clientId找到createConnection时加入的那个Client对象

   sp client = mClientsMap.valueFor(clientId);

    ......

   //注意这个id,它的值表示Client创建的是第几个显示层,根据图8-14可以看出,这个id

//同时也表示将使用SharedBufferStatck数组的第id个元素。

int32_t id = client->generateId(pid);

//一个Client不能创建多于NUM_LAYERS_MAX个的Layer。

    if(uint32_t(id) >= NUM_LAYERS_MAX) {

       return surfaceHandle;

    }

   //根据flags参数来创建不同类型的显示层,我们在8.4.1节介绍过相关知识

    switch(flags & eFXSurfaceMask) {

       case eFXSurfaceNormal:

           if (UNLIKELY(flags & ePushBuffers)) {

             //创建PushBuffer类型的显示层,我们将在拓展思考部分分析它

            layer = createPushBuffersSurfaceLocked(client, d, id,

                        w, h, flags);

           } else {

               //①创建Normal类型的显示层,

               layer = createNormalSurfaceLocked(client, d, id,w, h, flags, format);

           }

           break;

       case eFXSurfaceBlur:

            //创建Blur类型的显示层

           layer = createBlurSurfaceLocked(client, d, id, w, h, flags);

           break;

        case eFXSurfaceDim:

            //创建Dim类型的显示层

           layer = createDimSurfaceLocked(client, d, id, w, h, flags);

           break;

    }

 

    if(layer != 0) {

       layer->setName(name);

       setTransactionFlags(eTransactionNeeded);

//从显示层对象中取出一个ISurface对象赋值给SurfaceHandle

       surfaceHandle = layer->getSurface();

        if(surfaceHandle != 0) {

           params->token = surfaceHandle->getToken();

           params->identity = surfaceHandle->getIdentity();

           params->width = w;

           params->height = h;

           params->format = format;

        }

    }

    return surfaceHandle;//ISurface的Bn端就是这个对象。就是要返回给客户端的ISurface

}

上面代码中的函数倒是很简单,知识代码里面冒出来的几个新类型和它们的名字却让人有点头晕。先用文字总结一下:

·  LayerBaseClient:前面提到的显示层在代码中的对应物,就是这个LayerBaseClient,不过这是一个大家族,不同类型的显示层将创建不同类型的LayerBaseClient。

·  LayerBaseClient中有一个内部类,名字叫Surface,这是一个支持Binder通信的类,它派生于ISurface。

关于Layer的故事,后面会有单独的章节来介绍。这里先继续分析createNormalSurfaceLocked函数。它的代码如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

// 显示层创建

spSurfaceFlinger::createNormalSurfaceLocked(

       const sp& client, DisplayID display,

       int32_t id, uint32_t w, uint32_t h, uint32_t flags,

       PixelFormat& format)

{

    //①创建一个Layer类型的对象

sp layer = new Layer(this, display,client, id);

   //②设置Buffer

   status_t err = layer->setBuffers(w, h, format, flags);

if (LIKELY(err == NO_ERROR)) {

         //初始化这个新layer的一些状态

       layer->initStates(w, h, flags);

       //③ 还记得在图8-10中提到的Z轴吗?下面这个函数把这个layer加入到Z轴大军中。

       addLayer_l(layer);

}

......

    return layer;

}

createNormalSurfaceLocked函数有三个关键点,它们是:

·  构造一个Layer对象。

·  调用Layer对象的setBuffers函数。

·  调用SF的addLayer_l函数。

暂且记住这三个关键点,后文有单独章节分析它们。先继续分析SurfaceControl的流程。

(3)创建SurfaceControl对象

当跨进程的createSurface调用返回一个ISurface对象时,将通过ISurface对象创建一个SurfaceControl对象:

result = new SurfaceControl(this, surface, data,w, h,format, flags);

下面来看这个SurfaceControl对象为何物。它的代码如下所示:

[-->SurfaceControl.cpp]

SurfaceControl::SurfaceControl(

       const sp& client,

       const sp& surface,

       const ISurfaceFlingerClient::surface_data_t& data,

       uint32_t w, uint32_t h, PixelFormat format, uint32_t flags)

    //mClient为SurfaceComposerClient,而mSurface指向跨进程createSurface调用

   //返回的ISurface对象。

    :mClient(client), mSurface(surface),

     mToken(data.token), mIdentity(data.identity),

     mWidth(data.width), mHeight(data.height), mFormat(data.format),

     mFlags(flags)

{

}

SurfaceControl类可以看作是一个wrapper类:

它封装了一些函数,通过这些函数可以方便地调用mClient或ISurface提供的函数。

在SurfaceControl的分析过程中,还遗留了和Layer相关的部分,下面就来解决它们。

2. Layer和它的家族

我们在createSurface中创建的是Normal的Layer,下面先看这个Layer的构造函数。

(1)Layer的构造

Layer是从LayerBaseClient派生的,其代码如下所示:

[-->Layer.cpp]

Layer::Layer(SurfaceFlinger* flinger, DisplayIDdisplay,

       const sp& c, int32_t i)//这个i表示SharedBufferStack数组的索引

    :   LayerBaseClient(flinger, display, c, i),//先调用基类构造函数

       mSecure(false),

       mNoEGLImageForSwBuffers(false),

       mNeedsBlending(true),

       mNeedsDithering(false)

{

     //getFrontBuffer实际取出的是FrontBuffer的位置

   mFrontBufferIndex = lcblk->getFrontBuffer();

}

再来看基类LayerBaseClient的构造函数,代码如下所示:

[-->LayerBaseClient.cpp]

LayerBaseClient::LayerBaseClient(SurfaceFlinger*flinger, DisplayID display,

       const sp& client, int32_t i)

    :LayerBase(flinger, display), lcblk(NULL), client(client), mIndex(i),

      mIdentity(uint32_t(android_atomic_inc(&sIdentity)))

{

   /*

    创建一个SharedBufferServer对象,注意它使用了SharedClient对象,

    并且传入了表示SharedBufferStack数组索引的i和一个常量NUM_BUFFERS

*/

lcblk = new SharedBufferServer(client->ctrlblk, i, NUM_BUFFERS,//该值为常量2,在Layer.h中定义

           mIdentity);

}

其实,之前在介绍SharedClient时曾提过与此相关的内容,这里再来认识一下,先看图8-15:

 

图8-15  ShardBufferServer的示意图

根据上图并结合前面的介绍,可以得出以下结论:

·  在SF进程中,Client的一个Layer将使用SharedBufferStack数组中的一个成员,并通过SharedBufferServer结构来控制这个成员,我们知道SF是消费者,所以可由SharedBufferServer来控制数据的读取。

·  与之相对应,客户端的进程也会有一个对象来使用这个SharedBufferStatck,可它是通过另外一个叫SharedBufferClient的结构来控制的。客户端为SF提供数据,所以可由SharedBufferClient控制数据的写入

(2)setBuffers的分析

[-->Layer.cpp]

status_t Layer::setBuffers( uint32_t w, uint32_th,PixelFormat format,uint32_t flags)

{

/*

创建Buffer,这里将创建两个GraphicBuffer。这两个GraphicBuffer就是我们前面

所说的FrontBuffer和BackBuffer。

    */

for (size_t i=0 ; i

       mBuffers[i] = new GraphicBuffer();

}

//又冒出来一个SurfaceLayer类型

   mSurface = new SurfaceLayer(mFlinger, clientIndex(), this);

    return NO_ERROR;

}

(3)addLayer_l的分析

addLayer_l把这个新创建的layer加入自己的Z轴大军,下面来看:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

status_t SurfaceFlinger::addLayer_l(constsp& layer)

{

/*

mCurrentState是SurfaceFlinger定义的一个结构,它有一个成员变量叫

layersSortedByZ,其实就是一个排序数组。下面这个add函数将把这个新的layer按照

它在Z轴的位置加入到排序数组中。mCurrentState保存了所有的显示层。

*/

    ssize_t i = mCurrentState.layersSortedByZ.add(layer,&LayerBase::compareCurrentStateZ);

sp lbc =

LayerBase::dynamicCast< LayerBaseClient*>(layer.get());

    if(lbc != 0) {

       mLayerMap.add(lbc->serverIndex(), lbc);

    }

    return NO_ERROR;

}

对Layer的三个关键函数都已分析过了,下面正式介绍Layer家族。

(4)Layer家族的介绍

前面的内容确让人头晕眼花,现在应该帮大家恢复清晰的头脑。先来“一剂猛药”,见图8-16:

 

图8-16  Layer家族

通过上图可知:

·  LayerBaseClient从LayerBase类派生。

·  LayerBaseClient还有四个派生类,分别是Layer、LayerBuffer、LayerDim和LayerBlur。

·  LayerBaseClient定义了一个内部类Surface,这个Surface从ISurface类派生,它支持Binder通信。

·  针对不同的类型,Layer和LayerBuffer分别有一个内部类SurfaceLayer和SurfaceLayerBuffer,它们继承了LayerBaseClient的Surface类。所以对于Normal类型的显示层来说,getSurface返回的ISurface对象的真正类型是SurfaceLayer。

·  LayerDim和LayerBlur类没有定义自己的内部类,所以对于这两种类型的显示层来说,它们直接使用了LayerBaseClient的Surface。

·  ISurface接口提供了非常简单的函数,如requestBuffer、postBuffer等。

这里大量使用了内部类。我们知道,内部类最终都会把请求派发给外部类对象来处理,既然如此,在以后分析中,如果没有特殊情况,就会直接跳到外部类的处理函数中。

强烈建议Google把Surface相关代码好好整理一下,至少让类型名取得更直观些,现在这样确实有点让人头晕。好,来小小娱乐一下。看之前介绍的和“Surface”有关的名字:

Native层有Surface、ISurface、SurfaceControl、SurfaceComposerClient。

Java层有Surface、SurfaceSession。

在介绍完Layer家族后,与它相关的名字又多了几个,它们是

LayerBaseClient::Surface、Layer::SurfaceLayer、LayerBuffer::SurfaceLayerBuffer。

3. SurfaceControl总结

SurfaceControl创建后得到了什么呢?可用图8-17来表示:

 

图8-17  SurfaceControl创建后的结果图

通过上图可以知道:

·  mClient成员变量指向SurfaceComposerClient。

·  mSurface的Binder通信响应端为SurfaceLayer。

·  SurfaceLayer有一个变量mOwner指向它的外部类Layer,而Layer有一个成员变量mSurface指向SurfaceLayer。这个SurfaceLayer对象由getSurface函数返回。

注意,mOwner变量由SurfaceLayer的基类Surface(LayBaseClient的内部类)定义。

接下来就是writeToParcel分析和Native Surface对象的创建了。注意,这个Native的Surface可不是LayBaseClient的内部类Surface。

 

8.4.4  writeToParcel和Surface对象的创建

1. writeToParcel分析

writeToParcel比较简单,就是把一些信息写到Parcel中去。代码如下所示:

[-->SurfaceControl.cpp]

status_t SurfaceControl::writeSurfaceToParcel(const sp& control, Parcel* parcel)

{

//SurfaceComposerClient的信息需要传递到Activity端,这样客户端那边会构造一个

//SurfaceComposerClient对象

parcel->writeStrongBinder(client!=0  ? client->connection() : NULL);

 

//把ISurface对象信息也写到Parcel中,这样Activity端那边也会构造一个ISurface对象

    parcel->writeStrongBinder(sur!=0?sur->asBinder(): NULL);

    return NO_ERROR;

}

Parce包发到Activity端后,readFromParcel将根据这个Parcel包构造一个Native的Surface对象,一起来看相关代码。

2. 分析Native的Surface创建过程

[-->android_view_Surface.cpp]

static void Surface_readFromParcel(

       JNIEnv* env, jobject clazz, jobject argParcel)

{

   Parcel* parcel = (Parcel*)env->GetIntField( argParcel, no.native_parcel);

const sp& control(getSurface(env,clazz));

//根据服务端的parcel信息来构造客户端的Surface

   sp rhs = new Surface(*parcel);

    if(!Surface::isSameSurface(control, rhs)) {

         setSurface(env, clazz, rhs);

    }

}

在Surface创建完后,得到什么了呢?看图8-18就可知道:

 

图8-18  Native Surface的示意图

上图很清晰地说明:

·  ShardBuffer家族依托共享内存结构SharedClient与它共同组成了Surface系统生产/消费协调的中枢控制机构,它在SF端的代表是SharedBufferServer,在Activity端的代表是SharedBufferClient(消费,显示数据)。

·  Native的Surface将和SF中的SurfaceLayer建立Binder联系。

另外,图中还特意画出了承载数据的GraphicBuffer数组,在代码的注释中也针对GraphicBuffer提出了一个问题:Surface中有两个GraphicBuffer,Layer也有两个,一共就有四个GraphicBuffer了,可是为什么这里只画出两个呢?

答案是,咱们不是有共享内存吗?这四个GraphicBuffer其实操纵的是同一段共享内存,所以为了简单,就只画了两个GraphicBuffer。在8.4.7节再介绍GraphicBuffer的故事。

下面,来看中枢控制机构的SharedBuffer家族。

3. SharedBuffer家族介绍

(1)SharedBuffer家族成员

SharedBuffer是一个家族名称,它包括多个成员,如图8-19所示:

 

图8-19  SharedBuffer家族介绍

从上图可以知道:

·  XXXCondition、XXXUpdate等都是内部类,它们主要是用来更新读写位置的。

(2)SharedBuffer家族和SharedClient的关系

前面介绍过,SharedBufferServer和SharedBufferClient控制的其实只是SharedBufferStack数组中的一个,下面通过SharedBufferBase的构造函数,来看是否如此。

[-->SharedBufferStack.cpp]

SharedBufferBase::SharedBufferBase(SharedClient*sharedClient,

       int surface, int num, int32_t identity)

: mSharedClient(sharedClient),

  mSharedStack(sharedClient->surfaces+ surface),

 mNumBuffers(num), //根据前面PageFlipping的知识可知,num值为2

mIdentity(identity)

{

 /*

上面的赋值语句中最重要的是第二句:

   mSharedStack(sharedClient->surfaces +surface)

   这条语句使得这个SharedBufferXXX对象,和SharedClient中SharedBufferStack数组

的第surface个元素建立了关系

*/

}

4. Native Surface总结

至此,Activity端Java的Surface对象,终于和一个Native Surface对象挂上了钩,并且这个Native Surface还准备好了绘图所需的一切,其中包括:

·  两个GraphicBuffer,这就是PageFlipping所需要的FrontBuffer和BackBuffer。

·  SharedBufferServer和SharedBufferClient结构,这两个结构将用于生产/消费的过程控制。

·  一个ISurface对象,这个对象连接着SF中的一个SurfaceLayer对象。

·  一个SurfaceComposerClient对象,这个对象连接着SF中的一个BClient对象。

资源都已经准备好了,可以开始绘制UI了。下面,分析两个关键的函数lockCanvas和unlockCanvasAndPost。

8.4.5  lockCanvas和unlockCanvasAndPost的分析

这一节,分析精简流程中的最后两个函数lockCanvas和unlockCanvasAndPost。

1. lockCanvas分析

据前文分析可知,UI在绘制前都需要通过lockCanvas得到一块存储空间,也就是所说的BackBuffer。这个过程中最终会调用Surface的lock函数。其代码如下所示:

[-->Surface.cpp]

status_t Surface::lock(SurfaceInfo* other,Region* dirtyIn, bool blocking)

{

    //传入的参数中,other用来接收一些返回信息,dirtyIn表示需要重绘的区域  

......

if (mApiLock.tryLock() != NO_ERROR) {//多线程的情况下要锁住

     ......

     return WOULD_BLOCK;

}

    //设置usage标志,这个标志在GraphicBuffer分配缓冲时有指导作用

   setUsage(GRALLOC_USAGE_SW_READ_OFTEN | GRALLOC_USAGE_SW_WRITE_OFTEN);

   

    //定义一个GraphicBuffer,名字就叫backBuffer。

    spbackBuffer;

   //①还记得我们说的2个元素的缓冲队列吗?下面的dequeueBuffer将取出一个空闲缓冲

    status_terr = dequeueBuffer(&backBuffer);

   if (err== NO_ERROR) {

        //② 锁住这块buffer

       err = lockBuffer(backBuffer.get());

        if(err == NO_ERROR) {

           const Rect bounds(backBuffer->width, backBuffer->height);

           Region scratch(bounds);

           Region& newDirtyRegion(dirtyIn ? *dirtyIn : scratch);

 

          ......

         //mPostedBuffer是上一次绘画时使用的Buffer,也就是现在的frontBuffer

           const sp& frontBuffer(mPostedBuffer);

           if (frontBuffer !=0 &&

               backBuffer->width  ==frontBuffer->width &&

               backBuffer->height == frontBuffer->height &&

               !(mFlags & ISurfaceComposer::eDestroyBackbuffer))

           {

               const Region copyback(mOldDirtyRegion.subtract(newDirtyRegion));

               if (!copyback.isEmpty() && frontBuffer!=0) {

                    //③把frontBuffer中的数据拷贝到BackBuffer中

                    copyBlt(backBuffer,frontBuffer, copyback);

               }

           }

    }

   mApiLock.unlock();

    returnerr;

}

(1)dequeueBuffer的分析

dequeueBuffer的目的很简单,就是选取一个空闲的GraphicBuffer,其代码如下所示:

[-->Surface.cpp]

intSurface::dequeueBuffer(android_native_buffer_t** buffer)

{

sp client(getClient());

//①调用SharedBufferClient的dequeue函数,它返回当前空闲的缓冲号

  ssize_t bufIdx = mSharedBufferClient->dequeue();

 

   //调用getBufferLocked,需要进去看看。

       err = getBufferLocked(bufIdx, usage);

        if(err == NO_ERROR) {

           mWidth  =uint32_t(backBuffer->width);

           mHeight = uint32_t(backBuffer->height);

        }

}

[-->Surface.cpp]

tatus_t Surface::getBufferLocked(int index, intusage)

{

   sp s(mSurface);

//终于用上了ISurface对象,调用它的requestBuffer得到指定索引index的Buffer

    sp buffer =s->requestBuffer(index, usage);

        return err;

}

至此,getBufferLocked的目的,已比较清晰了:

·  调用ISurface的requestBuffer得到一个GraphicBuffer对象,这个GraphicBuffer对象被设置到本地的mBuffers数组中。看来Surface定义的这两个GraphicBuffer和Layer定义的两个GraphicBuffer是有联系的,所以图8-18中只画了两个GraphicBuffer。

我们已经知道,ISurface的Bn端实际上是定义在Layer.类中的SurfaceLayer,下面来看它实现的requestBuffer。由于SurfaceLayer是Layer的内部类,它的工作最终都会交给Layer的requestBuffer函数

[-->Layer.cpp]

sp Layer::requestBuffer(intindex, int usage)

{

   if(buffer!=0 && buffer->getStrongCount() == 1) {

        //①分配物理存储,后面会分析这个。

       err = buffer->reallocate(w, h, mFormat, effectiveUsage);

    } else{

       buffer.clear();

       //使用GraphicBuffer的有参构造,这也使得物理存储被分配

       buffer = new GraphicBuffer(w, h, mFormat, effectiveUsage);

       err = buffer->initCheck();

    }

    return buffer;//返回

}

(2)lockBuffer的分析

lockBuffer的代码如下所示:

[-->Surface.cpp]

int Surface::lockBuffer(android_native_buffer_t*buffer)

{

    err =mSharedBufferClient->lock(bufIdx); //调用SharedBufferClient的lock

    return err;

}

来看这个lock函数:

[-->SharedBufferStack.cpp]

status_t SharedBufferClient::lock(int buf)

{

   LockCondition condition(this, buf);//这个buf是BackBuffer的索引号

   status_t err = waitForCondition(condition);

    returnerr;

}

waitForCondition函数比较简单,就是等待一个条件为真,这个条件是否满足由condition()这条语句来判断。

(3)拷贝旧数据

OK,lockCanvas返回后,应用层将在这块画布上尽情作画。假设现在已经在BackBuffer上绘制好了图像,下面就要通过unlockCanvasAndPost进行后续工作了

2. unlockCanvasAndPost的分析

进入精简流程的最后一步,就是unlockCanvasAndPost函数,它的代码如下所示:

[-->Surface.cpp]

status_t Surface::unlockAndPost()

{

    //调用GraphicBuffer的unlock函数

status_t err = mLockedBuffer->unlock();

   //get返回这个GraphicBuffer的编号,queueBuffer将含有新数据的缓冲加入队中。

    err =queueBuffer(mLockedBuffer.get());

   mPostedBuffer = mLockedBuffer; //保存这个BackBuffer为mPostedBuffer

   mLockedBuffer = 0;

    returnerr;

}

来看queueBuffer调用,代码如下所示:

[-->Surface.cpp]

intSurface::queueBuffer(android_native_buffer_t* buffer)

{  

   sp client(getClient());

int32_t bufIdx =GraphicBuffer::getSelf(buffer)->getIndex();

//设置脏Region

mSharedBufferClient->setDirtyRegion(bufIdx,mDirtyRegion);

//更新写位置。

    err =mSharedBufferClient->queue(bufIdx);

     if (err== NO_ERROR) {

     //client是BpSurfaceFlinger,调用它的signalServer,这样SF就知道新数据准备好了

       client->signalServer();

    }

    returnerr;

}

3. lockCanvas和unlockCanvasAndPost的总结

总结一下lockCanvas和unlockCanvasAndPost这两个函数的工作流程,用图8-20表示:

 

图8-20  lockCanvas和unlockCanvasAndPost流程总结

 

8.4.6  GraphicBuffer的介绍

GraphicBuffer是Surface系统中一个高层次的显示内存管理类,它封装了和硬件相关的一些细节,简化了应用层的处理逻辑。先来认识一下它。

1. 初识GraphicBuffer

GraphicBuffer的代码如下所示:

[-->GraphicBuffer.h]

class GraphicBuffer

    :public EGLNativeBase

               GraphicBuffer,LightRefBase>,

public Flattenable

 

其中,EGLNativeBase是一个模板类。它的定义,代码如下所示:

[-->Android_natives.h]

template

class EGLNativeBase : public NATIVE_TYPE, publicREF

通过替换,可得到GraphicBuffer的派生关系,如图8-21所示:

图8-21  GraphicBuffer派生关系的示意图

从图中可以看出:

·  从LightRefBase派生使GraphicBuffer支持轻量级的引用计数控制。

·  从Flattenable派生使GraphicBuffer支持序列化,它的flatten和unflatten函数用于序列化和反序列化,这样,GraphicBuffer的信息就可以存储到Parcel包中并被Binder传输了。

另外,图中的android_native_buffer_t是GraphicBuffer的父类,它是一个struct结构体。可以将C++语言中的struct和class当作同一个东西,所以GraphicBuffer能从它派生。其代码如下所示:

[-->android_native_buffer.h]

typedef struct android_native_buffer_t

{

#ifdef __cplusplus

   android_native_buffer_t() {

       common.magic = ANDROID_NATIVE_BUFFER_MAGIC;

       common.version = sizeof(android_native_buffer_t);

       memset(common.reserved, 0, sizeof(common.reserved));

    }

#endif

   //这个android_native_base_t是struct的第一个成员,根据C/C++编译的特性,这个成员

  //在它的派生类对象所占有的内存中也是排第一个。

    structandroid_native_base_t common;

    intwidth;

    intheight;

    intstride;

    intformat;

    intusage;

void* reserved[2];

//这是一个关键成员,保存一些和显示内存分配/管理相关的内容

   buffer_handle_t handle;

 

    void*reserved_proc[8];

} android_native_buffer_t;

GraphicBuffer和显示内存分配相关的部分主要集中在buffer_handle_t这个变量上,它实际上是一个指针,定义如下:

[-->gralloc.h]

typedef const native_handle* buffer_handle_t;

native_handle的定义如下:

[-->native_handle.h]

typedef struct

{

    intversion;        /* version值为sizeof(native_handle_t) */

    intnumFds;       

    intnumInts;       

    intdata[0];        /* data是数据存储空间的首地址 */

} native_handle_t;

typedef native_handle_t native_handle;

读者可能要问,一个小小的GraphicBuffer为什么这么复杂?要回答这个问题,应先对GraphicBuffer有比较全面的了解。按照图8-20中的流程来看GraphicBuffer。

2. GraphicBuffer和存储的分配

GraphicBuffer的构造函数最有可能分配存储了。注意,流程中使用的是无参构造函数,所以应先看无参构造函数。

(1)无参构造函数的分析

代码如下所示:

[-->GraphicBuffer.cpp]

GraphicBuffer::GraphicBuffer()

    :BASE(), mOwner(ownData), mBufferMapper(GraphicBufferMapper::get()),

     mInitCheck(NO_ERROR), mVStride(0), mIndex(-1)

{

   /*

其中mBufferMapper为GraphicBufferMapper类型,它的创建采用的是单例模式,也就是每个

进程只有一个GraphicBufferMapper对象,读者可以去看看get的实现。

*/

   width  =

    height=

    stride=

    format=

   usage  = 0;

    handle= NULL; //handle为空

}

在无参构造函数中没有发现和存储分配有关的操作。那么,根据流程,下一个有可能的地方就是reallocate函数了。

(2)reallocate的分析

Reallocate的代码如下所示:

[-->GraphicBuffer.cpp]

status_t GraphicBuffer::reallocate(uint32_t w,uint32_t h, PixelFormat f,

       uint32_t reqUsage)

{

    if(mOwner != ownData)

       return INVALID_OPERATION;

 

    if(handle) {//handle值在无参构造函数中初始化为空,所以不满足if的条件

       GraphicBufferAllocator& allocator(GraphicBufferAllocator::get());

       allocator.free(handle);

       handle = 0;

    }

    returninitSize(w, h, f, reqUsage);//调用initSize函数

}

InitSize函数的代码如下所示:

[-->GraphicBuffer.cpp]

status_t GraphicBuffer::initSize(uint32_t w,uint32_t h, PixelFormat format,

       uint32_t reqUsage)

{

    if(format == PIXEL_FORMAT_RGBX_8888)

       format = PIXEL_FORMAT_RGBA_8888;

   /*

GraphicBufferAllocator才是真正的存储分配的管理类,它的创建也是采用的单例模式,

也就是每个进程只有一个GraphicBufferAllocator对象

*/

GraphicBufferAllocator& allocator =GraphicBufferAllocator::get();

//调用GraphicBufferAllocator的alloc来分配存储,注意handle作为指针

//被传了进去,看来handle的值会被修改

   status_t err = allocator.alloc(w, h, format, reqUsage, &handle,&stride);

    if(err == NO_ERROR) {

       this->width  = w;

       this->height = h;

       this->format = format;

       this->usage  = reqUsage;

       mVStride = 0;

    }

    returnerr;

}

(3)GraphicBufferAllocator的介绍

从上面的代码中可以发现,GraphicBuffer的存储分配和GraphicBufferAllocator有关。一个小小的存储分配为什么需要经过这么多道工序呢?还是先来看GraphicBufferAllocator,代码如下所示:

[-->GraphicBufferAllocator.cpp]

GraphicBufferAllocator::GraphicBufferAllocator()

    :mAllocDev(0)

{

hw_module_t const* module;

//调用hw_get_module,得到hw_module_t

    interr = hw_get_module(GRALLOC_HARDWARE_MODULE_ID, &module);

if (err == 0) {

    //调用gralloc_open函数,注意我们把module参数传了进去。

       gralloc_open(module, &mAllocDev);

    }

}

GraphicBufferAllocator在创建时,会首先调用hw_get_module取出一个hw_module_t类型的对象。从名字上看,它和硬件平台有关系。它会加载一个叫libgralloc.硬件平台名.so的动态库。比如,我的HTC G7手机上加载的库是/system/lib/hw/libgraolloc.qsd-8k.so。这个库的源代码在hardware/msm7k/libgralloc-qsd8k目录下。

这个库有什么用呢?简言之,就是为了分配一块用于显示的内存,但为什么需要这种层层封装呢?答案很简单:

封装的目的就是为了屏蔽不同硬件平台的差别。

读者可通过执行adb getprop ro.board.platform命令,得到具体手机上硬件平台的名字。图8-22总结了GraphicBufferAllocator分配内存的途径。这部分代码,读者可参考hardware/libhardware/hardware.c和hardware/msm7k/libgralloc-qsd8k/gralloc.cpp,后文将不再深入探讨和硬件平台有关的知识。

图8-22  GraphicBufferAllocator内存的分配途径

注意,这里是以G7的libgralloc.qsk-8k.so为示例的。其中pmem设备用来创建一块连续的内存,因为有些硬件设备(例如Camera)工作时需要使用一块连续的内存,对于这种情况,一般就会使用pmem设备来分配内存。

这里,仅讨论图8-22中与硬件无关的分配方式。在这种情况下,将使用ashmem分配共享内存。下面看GraphicBufferAllocator的alloc函数,其代码如下所示:

[-->GraphicBufferAllocator.cpp]

status_t GraphicBufferAllocator::alloc(uint32_tw, uint32_t h, PixelFormat format,int usage, buffer_handle_t* handle, int32_t*stride)

{

   //根据前面的定义可知buffer_handle_t为native_handle_t*类型

   status_t err;

   

if (usage & GRALLOC_USAGE_HW_MASK) {

    err =mAllocDev->alloc(mAllocDev, w, h, format, usage, handle, stride);

} else {

       //SW分配,可以做到和HW无关了。

       err = sw_gralloc_handle_t::alloc(w, h, format, usage, handle, stride);

    }

......

    returnerr;

}

下面,来看软件分配的方式:

[-->GraphicBufferAllocator.cpp]

status_t sw_gralloc_handle_t::alloc(uint32_t w,uint32_t h, int format,

        int usage, buffer_handle_t* pHandle, int32_t*pStride)

{

    intalign = 4;

    intbpp = 0;

    ......//格式转换

    size_tbpr = (w*bpp + (align-1)) & ~(align-1);

    size_tsize = bpr * h;

    size_tstride = bpr / bpp;

    size =(size + (PAGE_SIZE-1)) & ~(PAGE_SIZE-1);

    //直接使用了ashmem创建共享内存

    int fd= ashmem_create_region("sw-gralloc-buffer", size);

   

   ......

    //进行内存映射,得到共享内存起始地址

    void*base = mmap(0, size, prot, MAP_SHARED, fd, 0);

   

sw_gralloc_handle_t* hnd = new sw_gralloc_handle_t();

   hnd->fd = fd;//保存文件描述符

   hnd->size = size;//保存共享内存的大小

   hnd->base = intptr_t(base);//intptr_t将void*类型转换成int*类型

   hnd->prot = prot;//保存属性

   *pStride = stride;

   *pHandle = hnd; //pHandle就是传入的那个handle变量的指针,这里对它进行赋值

   

    returnNO_ERROR;

}

我们知道,调用GraphicBuffer的reallocate函数后,会导致物理存储被分配。前面曾说过,Layer会创建两个GraphicBuffer,而Native Surface端也会创建两个GraphicBuffer,那么这两个GraphicBuffer是怎么建立联系的呢?为什么说native_handle_t是GraphicBuffer的精髓呢?

3. flatten和unflatten的分析

试想,Native Surface的GraphicBuffer是怎么和Layer的GraphicBuffer建立联系的:

先通过requestBuffer函数返回一个GraphicBuffer,然后这个GraphicBuffer被Native Surface保存。

这中间的过程其实是一个mini版的乾坤挪移,来看看,代码如下所示:

[-->ISurface.cpp]

//requestBuffer的响应端

status_t BnSurface::onTransact(

   uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply, uint32_t flags)

{

   switch(code) {

       case REQUEST_BUFFER: {

           CHECK_INTERFACE(ISurface, data, reply);

           int bufferIdx = data.readInt32();

           int usage = data.readInt32();

           sp buffer(requestBuffer(bufferIdx, usage));

           ......

      /*

requestBuffer的返回值被写到Parcel包中,由于GraphicBuffer从

Flattenable类派生,这将导致它的flatten函数被调用

     */

           return reply->write(*buffer);

        }

      .......

}

//再来看请求端的处理,在BpSurface中

virtual sp requestBuffer(intbufferIdx, int usage)

{

    Parcel data, reply;

    data.writeInterfaceToken(ISurface::getInterfaceDescriptor());

    data.writeInt32(bufferIdx);

    data.writeInt32(usage);

    remote()->transact(REQUEST_BUFFER, data, &reply);

    sp buffer = new GraphicBuffer();

    reply.read(*buffer);//Parcel调用unflatten函数把信息反序列化到这个buffer中。

    return buffer;//requestBuffer实际上返回的是本地new出来的这个GraphicBuffer

}

通过上面的代码可以发现,挪移的关键体现在flatten和unflatten函数上。请看:

(1)flatten的分析

flatten的代码如下所示:

[-->GraphicBuffer.cpp]

status_t GraphicBuffer::flatten(void* buffer,size_t size,

       int fds[], size_t count) const

{

    //buffer是装载数据的缓冲区,由Parcel提供

     ......

 

    if(handle) {

       buf[6] = handle->numFds;

       buf[7] = handle->numInts;

       native_handle_t const* const h = handle;

       //把handle的信息也写到buffer中

       memcpy(fds,     h->data,             h->numFds*sizeof(int));

       memcpy(&buf[8], h->data + h->numFds,h->numInts*sizeof(int));

    }

 

    returnNO_ERROR;

}

flatten的工作就是把GraphicBuffer的handle变量信息写到Parcel包中。那么接收端如何使用这个包呢?这就是unflatten的工作了。

(2)unflatten分析

unflatten的代码如下所示:

[-->GraphicBuffer.cpp]

status_t GraphicBuffer::unflatten(void const*buffer, size_t size,

       int fds[], size_t count)

{

        ......

 

    if(numFds || numInts) {

       width  = buf[1];

       height = buf[2];

       stride = buf[3];

       format = buf[4];

       usage  = buf[5];

        native_handle* h =native_handle_create(numFds, numInts);

       memcpy(h->data,         fds,     numFds*sizeof(int));

        memcpy(h->data + numFds, &buf[8],numInts*sizeof(int));

       handle = h;//根据Parcel包中的数据还原一个handle

    } else{

       width = height = stride = format = usage = 0;

       handle = NULL;

    }

    mOwner= ownHandle;

    returnNO_ERROR;

}

unflatten最重要的工作是,根据Parcel包中native_handle的信息,在Native Surface端构造一个对等的GraphicBuffer。这样,Native Surface端的GraphicBuffer实际上就和Layer端的GraphicBuffer管理着同一块共享内存。

3. registerBuffer的分析

registerBuffer有什么用呢?上一步调用unflatten后得到了代表共享内存的文件句柄,regiserBuffer的目的就是对它进行内存映射,代码如下所示:

[-->GraphicBufferMapper.cpp]

status_tsw_gralloc_handle_t::registerBuffer(sw_gralloc_handle_t* hnd)

{

if (hnd->pid != getpid()) {

        //原来是做一次内存映射操作

       void* base = mmap(0, hnd->size, hnd->prot, MAP_SHARED, hnd->fd,0);

        ......

       //base保存着共享内存的起始地址

       hnd->base = intptr_t(base);

    }

    returnNO_ERROR;

}

4. lock和unlock的分析

GraphicBuffer在使用前需要通过lock来得到内存地址,使用完后又会通过unlock释放这块地址。在SW分配方案中,这两个函数实现却非常简单,如下所示:

[-->GraphicBufferMapper.cpp]

//lock操作

int sw_gralloc_handle_t::lock(sw_gralloc_handle_t*hnd, int usage,

       int l, int t, int w, int h, void** vaddr)

{

    *vaddr= (void*)hnd->base;//得到共享内存的起始地址,后续作画就使用这块内存了。

    returnNO_ERROR;

}

//unlock操作

status_tsw_gralloc_handle_t::unlock(sw_gralloc_handle_t* hnd)

{

    returnNO_ERROR;//没有任何操作

}

对GraphicBuffer的介绍就到这里。虽然采用的是SW方式,但是相信读者也能通过树木领略到森林的风采。从应用层角度看,可以把GraphicBuffer当做一个构架在共享内存之上的数据缓冲。对想深入研究的读者,我建议可按图8-20中的流程来分析。因为流程体现了调用顺序,表达了调用者的意图和目的,只有把握了流程,分析时才不会迷失在茫茫的源码海洋中,才不会被不熟悉的知识阻拦前进的脚步。

8.4.7  深入分析Surface总结

Surface系统最难的部分,是这个Native Surface的创建和使用,它包括三个方面:

·  Activity的UI和Surface的关系是怎样的?这是8.2节回答的问题。

·  Activity中所使用的Surface是怎么和SurfaceFlinger挂上关系的?这是8.3节回答的问题。

·  本节对第2个问题进行了较深入的研究,分析了Surface和SurfaceFlinger之间的关系,以及生产/消费步调的中枢控制机构SharedBuffer家族和数据的承载者GraphicBuffer。

从上面分析可看出,本章前四节均围绕着这个Surface讲解,一路下来确实遇到了不少曲折和坎坷,望读者跟着源码反复阅读,体会。

8.5  SurfaceFlinger的分析

这一节要对SurfaceFlinger进行分析。相比较而言,SurfaceFlinger不如AudioFlinger复杂。

8.5.1  SurfaceFlinger的诞生

SurfaceFlinger驻留于system_server进程。它创建的位置在SystemServer的init1函数中(第4章4.3.2节的第3点)。

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::instantiate() {

   defaultServiceManager()->addService(String16("SurfaceFlinger"), new SurfaceFlinger());

}

前面在图8-14中指出了SF,同时从BnSurfaceComposer和Thread类中派生,相关代码如下所示:

class SurfaceFlinger : public BnSurfaceComposer,protected Thread

从Thread派生这件事给了我们一个很明确的提示:

·  SurfaceFlinger会单独启动一个工作线程

2. readyToRun的分析

SF的readyToRun函数将完成一些初始化工作,代码如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

status_t SurfaceFlinger::readyToRun()

{

    intdpy = 0;

    {

        //①GraphicPlane

       GraphicPlane& plane(graphicPlane(dpy));

        //②为这个GraphicPlane设置一个HAL对象——DisplayHardware

       DisplayHardware* const hw = new DisplayHardware(this, dpy);

       plane.setDisplayHardware(hw);

    }

 

 //创建Surface系统中的“CB”对象,按照老规矩,应该先创建一块共享内存,然后使用placment new

   mServerHeap = new MemoryHeapBase(4096,

                            MemoryHeapBase::READ_ONLY,

                            "SurfaceFlingerread-only heap");

   //LayerDim是Dim类型的Layer

  LayerDim::initDimmer(this, w, h);

    //资源准备好后,init将启动bootanim程序,这样就见到开机动画了。

   property_set("ctl.start", "bootanim");

    return NO_ERROR;

}

在上面的代码中,列出了两个关键点,下面一一进行分析。

(1)GraphicPlane的介绍

GraphicPlane虽无什么特别之处,但它有一个重要的函数,叫setDisplayHardware,这个函数把代表显示设备的HAL对象和GraphicPlane关联起来。这也是下面要介绍的第二个关键点DisplayHardware。

(2)DisplayHardware的介绍

从代码上看,这个和显示相关的HAL对象是在工作线程中new出来的,先看它的构造函数,代码如下所示:

[-->DisplayHardware.cpp]

DisplayHardware::DisplayHardware(const sp& flinger,uint32_t dpy):DisplayHardwareBase(flinger, dpy)

{

   init(dpy); //最重要的是这个init函数。

}

init函数非常重要,应进去看看。下面先思考一个问题。

前面在介绍FrameBuffer时说过,显示这一块需要使用FrameBuffer,FrameBuffer是在init函数创建

[-->DisplayHardware.cpp]

void DisplayHardware::init(uint32_t dpy)

{

//FrameBufferNativeWindow实现了对FrameBuffer的管理和操作

//该类中创建了两个FrameBuffer,分别起到FrontBuffer和BackBuffer的作用。

mNativeWindow = new FramebufferNativeWindow();

 

  //EGLDisplay在EGL中代表屏幕

   EGLDisplay display = eglGetDisplay(EGL_DEFAULT_DISPLAY);

    ......

   /*

    surface是EGLSurface类型,下面这个函数会将EGL和Android中的Display系统绑定起来,

    后续就可以利用OpenGL在这个Surface上绘画,然后通过eglSwappBuffers输出图像了。

    */

    surface= eglCreateWindowSurface(display, config,mNativeWindow.get(),NULL);

}

根据上面的代码,现在可以回答前面的问题了:

·  SF创建FrameBuffer,并将各个Surface传输的数据(通过GraphicBuffer)混合后,再由自己传输到FrameBuffer中进行显示。

本节的内容,实际上涉及另外一个比Surface更复杂的Display系统,出于篇幅和精力的原因,本书目前不打算讨论它。

8.5.2  SF工作线程的分析

SF中的工作线程就是来做图像混合

[-->SurfaceFlinger.cpp]

bool SurfaceFlinger::threadLoop()

{

   waitForEvent();//① 等待事件

    //②处理PageFlipping工作

   handlePageFlip();

 

    constDisplayHardware& hw(graphicPlane(0).displayHardware());

if (LIKELY(hw.canDraw() && !isFrozen())) {

        //③处理重绘

        handleRepaint();

        hw.compositionComplete();

        //④投递BackBuffer

       unlockClients();

        postFramebuffer();

    } else{

       unlockClients();

       usleep(16667);

    }

    return true;

}

ThreadLoop一共有四个关键点,这里,分析除Transaction外的三个关键点。

1. waitForEvent

SF收到重绘消息后,将退出等待。

2. 分析handlePageFlip

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::handlePageFlip()

{

bool visibleRegions = mVisibleRegionsDirty;

/*

还记得前面所说的mCurrentState吗?它保存了所有显示层的信息,而绘制的时候使用的

mDrawingState则保存了当前需要显示的显示层信息。

*/

LayerVector& currentLayers =const_cast(mDrawingState.layersSortedByZ);

//①调用lockPageFlip

//将根据FrontBuffer的内容生成一张纹理

visibleRegions |= lockPageFlip(currentLayers);

const DisplayHardware& hw =graphicPlane(0).displayHardware();

//取得屏幕的区域

const Region screenRegion(hw.bounds());

//② 调用unlockPageFlip

 

 //调用每个显示层的unlockPageFlip,做一些区域的清理工作

unlockPageFlip(currentLayers);

mDirtyRegion.andSelf(screenRegion);

}

handlePageFlip的工作其实很简单,以Layer类型为例来总结一下:

各个Layer需要从FrontBuffer中取得新数据,并生成一张OpenGL中的纹理。纹理可以看做是一个图片,这个图片的内容就是FrontBuffer中的图像。

现在每一个Layer都准备好了新数据,下一步的工作当然就是绘制了。来看handleRepaint函数

3. 分析handleRepaint函数

handleRepaint函数的代码如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::handleRepaint()

{

    // 在脏区域上进行绘制

   composeSurfaces(mDirtyRegion);

}

其中,composeSurfaces将不同的显示层内容进行混合,其实就是按Z轴的顺序由里到外依次绘制。当然,最后绘制的数据有可能遮盖前面绘制的数据,代码如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::composeSurfaces(constRegion& dirty)

{

    for(size_t i=0 ; i

        if(!visibleRegion.isEmpty())  {

           const Region clip(dirty.intersect(visibleRegion));

           if (!clip.isEmpty()) {

               layer->draw(clip); //调用各个显示层的layer函数

            }

        }

    }

}

draw函数在LayerBase类中实现,代码如下所示:

[-->LayerBase.cpp]

void LayerBase::draw(const Region& inClip)const

    ......

    glEnable(GL_SCISSOR_TEST);

   onDraw(clip);//调用子类的onDraw函数

}

至于Layer是怎么实现这个onDraw函数的,代码如下所示:

[-->Layer.cpp]

void Layer::onDraw(const Region& clip) const

{

 drawWithOpenGL(clip,mTextures[index]);//将纹理画上去,里面有很多和OpenGL相关内容

}

drawWithOpenGL函数由LayerBase实现,看它是不是使用了这张纹理,代码如下所示:

[-->LayerBase.cpp]

void LayerBase::drawWithOpenGL(const Region&clip, const Texture& texture) const

{

    //下面就是OpenGL操作函数了

   glEnable(GL_TEXTURE_2D);

   glMatrixMode(GL_TEXTURE);

   glLoadIdentity();

 

    //坐标旋转

    switch(texture.transform) {

       case HAL_TRANSFORM_ROT_90:

           glTranslatef(0, 1, 0);

           glRotatef(-90, 0, 0, 1);

           break;

       case HAL_TRANSFORM_ROT_180:

           glTranslatef(1, 1, 0);

           glRotatef(-180, 0, 0, 1);

           break;

       case HAL_TRANSFORM_ROT_270:

           glTranslatef(1, 0, 0);

           glRotatef(-270, 0, 0, 1);

           break;

    }

 

if (texture.NPOTAdjust) {

        //缩放处理

       glScalef(texture.wScale, texture.hScale, 1.0f);

    }

   //使能纹理坐标

glEnableClientState(GL_TEXTURE_COORD_ARRAY);

//设置顶点坐标

glVertexPointer(2, GL_FIXED, 0, mVertices);

//设置纹理坐标

   glTexCoordPointer(2, GL_FIXED, 0, texCoords);

 

    while(it != end) {

       const Rect& r = *it++;

       const GLint sy = fbHeight - (r.top + r.height());

        //裁剪

       glScissor(r.left, sy, r.width(), r.height());

        //画矩形

       glDrawArrays(GL_TRIANGLE_FAN, 0, 4);

}

//禁止纹理坐标

   glDisableClientState(GL_TEXTURE_COORD_ARRAY);

}

4. unlockClients和postFrameBuffer的分析

在绘制完图后,还有两项工作需要做,一个涉及unlockClients函数,另外一个涉及postFrameBuffer函数

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::unlockClients()

{

    constLayerVector& drawingLayers(mDrawingState.layersSortedByZ);

    constsize_t count = drawingLayers.size();

   sp const* const layers = drawingLayers.array();

    for (size_t i=0 ; i

       const sp& layer = layers[i];

 //释放FrontBufferIndex

       layer->finishPageFlip();

    }

}

原来,unlockClients会释放之前占着的FrontBuffer的索引号。下面看最后一个函数postFrameBuffer,代码如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::postFramebuffer()

{

    if(!mInvalidRegion.isEmpty()) {

// 调用这个函数后,混合后的图像就会传递到屏幕中显示了

// 内部调用eglSwapBuffers(dpy, surface);//PageFlipping,此后图像终于显示在屏幕上了!

       hw.flip(mInvalidRegion);

    }

}

flip将调用在DisplayHardware一节中提到的eglSwapBuffer函数,来完成FrameBuffer的PageFlip操作,代码如下所示:

[-->DisplayHardware.cpp]

void DisplayHardware::flip(const Region&dirty) const

{

   checkGLErrors();

 

   EGLDisplay dpy = mDisplay;

   EGLSurface surface = mSurface;

 

......

    if(mFlags & PARTIAL_UPDATES) {

       mNativeWindow->setUpdateRectangle(dirty.getBounds());

    }

   

   mPageFlipCount++;

   eglSwapBuffers(dpy, surface);//PageFlipping,此后图像终于显示在屏幕上了!

   

}

8.5.3  Transaction的分析

Transaction是“事务”的意思。在我脑海中,关于事务的知识来自于数据库。在数据库操作中,事务意味着一次可以提交多个SQL语句,然后一个commit就可让它们集中执行,而且数据库中的事务还可以回滚,即恢复到事务提交前的状态。

SurfaceFlinger为什么需要事务呢?从上面对数据库事务的描述来看,是不是意味着一次执行多个请求呢?如直接盯着SF的源码来分析,可能不太容易搞清楚事务的前因后果,我想还是用老办法,从一个例子入手吧。

在WindowManagerService.java中,有一个函数之前分析过,现在再看看,代码如下所示:

[-->WindowManagerService.java::WinState]

Surface createSurfaceLocked() {            

Surface.openTransaction(); //开始一次transaction

   try {

     try {

         mSurfaceX = mFrame.left + mXOffset;

          mSurfaceY = mFrame.top + mYOffset;

          //设置Surface的位置

         mSurface.setPosition(mSurfaceX, mSurfaceY);

          ......

        }

       }finally {

             Surface.closeTransaction(); //关闭这次事务

     }

这个例子很好地展示了事务的调用流程,它会依次调用:

·  openTransaction

·  setPosition

·  closeTransaction

下面就来分析这几个函数的调用。

1. openTransaction的分析

看JNI对应的函数,代码如下所示:

[-->android_View_Surface.cpp]

static void Surface_openTransaction(JNIEnv* env,jobject clazz)

{

    //调用SurfaceComposerClient的openGlobalTransaction函数

SurfaceComposerClient::openGlobalTransaction();

}

下面转到SurfaceComposerClient,代码如下所示:

[-->SurfaceComposerClient.cpp]

voidSurfaceComposerClient::openGlobalTransaction()

{

   Mutex::Autolock _l(gLock);

    ......

 

    constsize_t N = gActiveConnections.size();

    for(size_t i=0; i

        spclient(gActiveConnections.valueAt(i).promote());

        //gOpenTransactions存储当前提交事务请求的Client

        if(client != 0 && gOpenTransactions.indexOf(client) < 0) {

           //Client是保存在全局变量gActiveConnections中的SurfaceComposerClient

            //对象,调用它的openTransaction。

           if (client->openTransaction() == NO_ERROR) {

               if (gOpenTransactions.add(client) < 0) {

                   client->closeTransaction();

              }

           }

           ......

        }

    }

}

上面是一个静态函数,内部调用了各个SurfaceComposerClient对象的openTranscation,代码如下所示:

[-->SurfaceComposerClient.cpp]

status_tSurfaceComposerClient::openTransaction()

{

    if(mStatus != NO_ERROR)

       return mStatus;

   Mutex::Autolock _l(mLock);

    mTransactionOpen++; //一个计数值,用来控制事务的提交。

    if(mPrebuiltLayerState == 0) {

       mPrebuiltLayerState = new layer_state_t;

    }

    returnNO_ERROR;

}

layer_state_t是用来保存Surface的一些信息的,比如位置、宽、高等信息。实际上,调用的setPosition等函数,就是为了改变这个layer_state_t中的值。

2. setPosition的分析

上文说过,SFC中有一个layer_state_t对象用来保存Surface的各种信息。这里以setPosition为例,来看它的使用情况。这个函数是用来改变surface在屏幕上的位置的,代码如下所示:

[-->android_View_Surface.cpp]

static void Surface_setPosition(JNIEnv* env,jobject clazz, jint x, jint y)

{

    constsp& surface(getSurfaceControl(env, clazz));

    if(surface == 0) return;

   status_t err = surface->setPosition(x, y);

}

[-->Surface.cpp]

status_t SurfaceControl::setPosition(int32_t x,int32_t y) {

    constsp& client(mClient);

   status_t err = validate();

if (err < 0) return err;

//调用SurfaceComposerClient的setPosition函数

    returnclient->setPosition(mToken, x, y);

}

[-->SurfaceComposerClient.cpp]

status_tSurfaceComposerClient::setPosition(SurfaceID id, int32_t x, int32_t y)

{

   layer_state_t* s = _lockLayerState(id); //找到对应的layer_state_t

    if(!s) return BAD_INDEX;

   s->what |= ISurfaceComposer::ePositionChanged;

   s->x = x;

   s->y = y;  //上面几句修改了这块layer的参数

   _unlockLayerState(); //该函数将unlock一个同步对象,其他没有做什么工作

    returnNO_ERROR;

}

setPosition就是修改了layer_state_t中的一些参数,那么,这个状态是什么时候传递到SurfaceFlinger中的呢?

3. 分析closeTransaction

相信读者此时已明白为什么叫“事务”了。原来,在openTransaction和closeTransaction中可以有很多操作,然后由closeTransaction一次性地把这些修改提交到SF上,来看代码:

[-->android_View_Surface.cpp]

static void Surface_closeTransaction(JNIEnv*env, jobject clazz)

{

   SurfaceComposerClient::closeGlobalTransaction();

}

[-->SurfaceComposerClient.cpp]

voidSurfaceComposerClient::closeGlobalTransaction()

{

......

 

const size_t N = clients.size();

spsm(getComposerService());

//①先调用SF的openGlobalTransaction

sm->openGlobalTransaction();

for (size_t i=0; i

   //②然后调用每个SurfaceComposerClient对象的closeTransaction

   clients[i]->closeTransaction();

}

//③最后调用SF的closeGlobalTransaction

sm->closeGlobalTransaction();

}

上面一共列出了三个函数,它们都是跨进程的调用,下面对其一一进行分析。

(1)SurfaceFlinger的openGlobalTransaction分析

这个函数其实很简单,略看就行了。

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::openGlobalTransaction()

{

   android_atomic_inc(&mTransactionCount);//又是一个计数控制

}

(2)SurfaceComposerClient的closeTransaction分析

代码如下所示:

[-->SurfaceComposerClient.cpp]

status_tSurfaceComposerClient::closeTransaction()

{

    if(mStatus != NO_ERROR)

       return mStatus;

 

   Mutex::Autolock _l(mLock);

   ......

    constssize_t count = mStates.size();

if (count) {

     //mStates是这个SurfaceComposerClient中保存的所有layer_state_t数组,也就是

    //每个Surface一个。然后调用跨进程的setState

       mClient->setState(count, mStates.array());

       mStates.clear();

    }

    returnNO_ERROR;

}

BClient的setState,最终会转到SF的setClientState上,代码如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

status_t SurfaceFlinger::setClientState(ClientIDcid, int32_t count,

                          const layer_state_t*states)

{

   Mutex::Autolock _l(mStateLock);

   uint32_t flags = 0;

    cid<<= 16;

    for(int i=0 ; i

       const layer_state_t& s = states[i];

       sp layer(getLayerUser_l(s.surface | cid));

        if(layer != 0) {

           const uint32_t what = s.what;

           if (what & ePositionChanged) {

               if (layer->setPosition(s.x, s.y))

                    //eTraversalNeeded表示需要遍历所有显示层

                    flags |= eTraversalNeeded;

           }

            ....

    if(flags) {

       setTransactionFlags(flags);//这里将会触发threadLoop的事件。

    }

    returnNO_ERROR;

}

[-->SurfaceFlinger.cpp]

uint32_tSurfaceFlinger::setTransactionFlags(uint32_t flags, nsecs_t delay)

{

   uint32_t old = android_atomic_or(flags, &mTransactionFlags);

    if((old & flags)==0) {

        if(delay > 0) {

           signalDelayedEvent(delay);

        }else {

            signalEvent();  //设置完mTransactionFlags后,触发事件。

        }

    }

    returnold;

}

(3)SurfaceFlinger的closeGlobalTransaction分析

来看代码:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::closeGlobalTransaction()

{

if (android_atomic_dec(&mTransactionCount) ==1) {

//注意下面语句的执行条件,当mTransactionCount变为零时才执行,这意味着

//openGlobalTransaction两次的话,只有最后一个closeGlobalTransaction调用

//才会真正地提交事务

       signalEvent();

 

       Mutex::Autolock _l(mStateLock);

       //如果这次事务涉及尺寸调整,则需要等一段时间

       while (mResizeTransationPending) {

           status_t err = mTransactionCV.waitRelative(mStateLock, s2ns(5));

           if (CC_UNLIKELY(err != NO_ERROR)) {

               mResizeTransationPending = false;

               break;

           }

        }

    }

}

关于事务的目的,相信读者已经比较清楚了:

·  就是将一些控制操作(例如setPosition)的修改结果,一次性地传递给SF进行处理。

那么,哪些操作需要通过事务来传递呢?通过查看Surface.h可以知道,下面这些操作需要通过事务来传递(这里只列出了几个经常用的函数):setPosition、setAlpha、show/hide、setSize、setFlag等。

由于这些修改不像重绘那么简单,有时它会涉及其他的显示层,例如在显示层A的位置调整后,之前被A遮住的显示层B,现在可能变得可见了。对于这种情况,所提交的事务会设置eTraversalNeeded标志,这个标志表示要遍历所有显示层进行处理。关于这一点,来看工作线程中的事务处理。

4. 工作线程中的事务处理

还是从代码入手分析,如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

bool SurfaceFlinger::threadLoop()

{

   waitForEvent();

    if(LIKELY(mTransactionCount == 0)) {

     const uint32_t mask = eTransactionNeeded | eTraversalNeeded;

      uint32_ttransactionFlags = getTransactionFlags(mask);

        if(LIKELY(transactionFlags)) {

           handleTransaction(transactionFlags);

        }

}

...

 }

getTransactionFlags函数的实现蛮有意思,不妨看看其代码,如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

uint32_t SurfaceFlinger::getTransactionFlags(uint32_tflags)

{

//先通过原子操作去掉mTransactionFlags中对应的位。

//而后原子操作返回的旧值和flags进行与操作

return android_atomic_and(~flags,&mTransactionFlags) & flags;

}

getTransactionFlags所做的工作不仅仅是get那么简单,它还设置了mTransactionFlags,从这个角度来看,getTransactionFlags这个名字有点名不副实。

接着来看最重要的handleTransaction函数,代码如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::handleTransaction(uint32_ttransactionFlags)

{

   Vector< sp > ditchedLayers;

 

    {

       Mutex::Autolock _l(mStateLock);

        //调用handleTransactionLocked函数处理

       handleTransactionLocked(transactionFlags, ditchedLayers);

    }

 

   

    constsize_t count = ditchedLayers.size();

    for(size_t i=0 ; i

        if(ditchedLayers[i] != 0) {

        //ditch是丢弃的意思,有些显示层可能被hide了,所以这里做些收尾的工作

          ditchedLayers[i]->ditch();

        }

    }

}

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::handleTransactionLocked(

       uint32_t transactionFlags, Vector< sp >&ditchedLayers)

{

    //这里使用了mCurrentState,它的layersSortedByZ数组存储了SF中所有的显示层

    constLayerVector& currentLayers(mCurrentState.layersSortedByZ);

    constsize_t count = currentLayers.size();

 

     constbool layersNeedTransaction = transactionFlags & eTraversalNeeded;

     //如果需要遍历所有显示的话。

    if(layersNeedTransaction) {

       for (size_t i=0 ; i

           const sp& layer = currentLayers[i];

           uint32_t trFlags = layer->getTransactionFlags(eTransactionNeeded);

           if (!trFlags) continue;

           //调用各个显示层的doTransaction函数。

            constuint32_t flags = layer->doTransaction(0);

           if (flags & Layer::eVisibleRegion)

               mVisibleRegionsDirty = true;

        }

    }

    if(transactionFlags & eTransactionNeeded) {

        if(mCurrentState.orientation != mDrawingState.orientation) {

         //横竖屏如果发生切换,需要对应变换设置。

           const int dpy = 0;

           const int orientation = mCurrentState.orientation;

           const uint32_t type = mCurrentState.orientationType;

           GraphicPlane& plane(graphicPlane(dpy));

           plane.setOrientation(orientation);

 

           ......

        }

     /*

      mLayersRemoved变量在显示层被移除的时候设置,例如removeLayer函数,这些函数

      也会触发handleTranscation函数的执行

     */

      if(mLayersRemoved) {

           mLayersRemoved = false;

           mVisibleRegionsDirty = true;

           const LayerVector& previousLayers(mDrawingState.layersSortedByZ);

           const size_t count = previousLayers.size();

           for (size_t i=0 ; i

               const sp& layer(previousLayers[i]);

               if (currentLayers.indexOf( layer ) < 0) {

                  ditchedLayers.add(layer);

                   mDirtyRegionRemovedLayer.orSelf(layer->visibleRegionScreen);

               }

            }

        }

       free_resources_l();

    }

    //提交事务处理,有必要进去看看。

   commitTransaction();

}

每个显示层对事务的具体处理,都在它们的doTranscation函数中,读者若有兴趣,可进去看看。需要说明的是,每个显示层内部也有一个状态变量,doTransaction会更新这些状态变量。

回到上面的函数,最后它将调用commitTransaction提交事务,代码如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

void SurfaceFlinger::commitTransaction()

{

   //mDrawingState将使用更新后的mCurrentState

   mDrawingState = mCurrentState;

mResizeTransationPending = false;

//触发一个条件变量,这样等待在closeGlobalTransaction函数中的线程可以放心地返回了。

   mTransactionCV.broadcast();

}

8.5.4  SurfaceFlinger的总结

通过前面的分析,使我们感受了SurfaceFlinger的风采。从整体上看,SurfaceFlinger不如AudioFlinger复杂,它的工作集中在工作线程中,下面用图8-23来总线一下SF工作线程:

图8-23  SF工作线程的流程总结

 

8.6  拓展思考

本章的拓展思考分三个部分:

·  介绍SharedBufferServer和SharedBufferClient的工作流程。

·  关于ViewRoot一些问题的总结。

·  LayerBuffer的工作原理分析。

8.6.1  Surface系统的CB对象分析

根据前文分析可知,Surface系统中的CB,其实是指SharedBuffer家族,它们是Surface系统中对生产者和消费者进行步调控制的中枢机构。先通过图8-24来观察整体的工作流程是怎样的。

图8-24  SharedBuffer家族使用流程

为书写方便起见,我们简称:

·  SharedBufferServer为SBS。

·  SharedBufferClient为SBC。

·  SharedBufferStack为SBT。

其中SBC和SBS都是建立在同一个SBT上的,所以应先看SBT,下面代码列出了其中几个与读写控制有关的成员变量:

[-->SharedBufferStack.h]

class SharedBufferStack{

 ......

 /*

虽然PageFlipping使用Front和Back两个Buffer就可以了,但是SBT的结构和相关算法

是支持多个缓冲的。另外,缓冲是按照块来获取的,也就是一次获得一块缓冲,每块缓冲用

一个编号表示(这一点在之前的分析已经介绍过了)。

 */

int32_t head;      

 int32_tavailable; //当前可用的空闲缓冲个数

  int32_t queued;    //SBC投递的脏缓冲个数

  int32_tinUse;  //SBS当前正在使用的缓冲编号

  ......//上面这几个参数联合SBC中的tail,我称之为控制参数。

}

SBT创建好后,下面就是SBS和SBC的创建了,它们会做什么特殊工作吗?

1. SBS和SBC的创建

下面分别看SBS和SBC的创建,代码如下所示:

[-->SharedBufferStack.cpp]

SharedBufferServer::SharedBufferServer(SharedClient*sharedClient,

       int surface, int num, int32_t identity)

    :SharedBufferBase(sharedClient, surface, num, identity)

{

mSharedStack->init(identity);//这个函数将设置inUse为-1

//下面设置SBT中的参数,我们关注前三个

   mSharedStack->head = num-1;

    mSharedStack->available = num;

mSharedStack->queued = 0;

//设置完后,head=2-1=1,available=2,queued=0,inUse=-1

   mSharedStack->reallocMask = 0;

   memset(mSharedStack->dirtyRegion, 0,sizeof(mSharedStack->dirtyRegion));

}

再看SBC的创建,代码如下所示:

[-->SharedBufferStack.cpp]

SharedBufferClient::SharedBufferClient(SharedClient*sharedClient,

       int surface, int num, int32_t identity)

    :SharedBufferBase(sharedClient, surface, num, identity), tail(0)

{

    tail =computeTail(); //tail是SBC定义的变量,注意它不是SBT定义的。

}

看computeTail函数的代码:

[-->SharedBufferStack.cpp]

int32_t SharedBufferClient::computeTail() const

{

   SharedBufferStack& stack( *mSharedStack );

   int32_t newTail;

   int32_t avail;

   int32_t head;

    do {

       avail = stack.available; //available=2,head=1

       head = stack.head;

    }while (stack.available != avail);

   newTail = head - avail + 1;//newTail=1-2+1=0

    if(newTail < 0) {

       newTail += mNumBuffers;

    } elseif (newTail >= mNumBuffers) {

       newTail -= mNumBuffers;

    }

    return newTail;//计算得到newTail=0

}

来看在SBC和SBS创建后,控制参数的变化,如图8-25所示:

图8-25  SBC/SBS创建后的示意图

 

2. SBC端流程的分析

下面看SBC端的工作流程。

(1)dequeue分析

先看SBC的dequeue函数:

[-->SharedBufferStack.cpp]

ssize_t SharedBufferClient::dequeue()

{

   SharedBufferStack& stack( *mSharedStack );

......

//DequeueCondition函数对象

   DequeueCondition condition(this);

status_t err = waitForCondition(condition);

//成功以后,available减1,表示当前可用的空闲buffer只有1个

if (android_atomic_dec(&stack.available) == 0) {

    ......

    }

 

int dequeued = tail; //tail值为0,所以dequeued的值为0。

//tail加1。如果超过2,则重新置为0,这表明tail的值在0,1间循环。

    tail =((tail+1 >= mNumBuffers) ? 0 : tail+1);

......

//返回的这个dequeued值为零,也就是tail加1操作前的旧值。这一点请读者务必注意。

    returndequeued;

}

其中DequeueCondition的操作函数很简单,代码如下所示:

bool SharedBufferClient::DequeueCondition::operator()(){

    returnstack.available > 0;//只要available大于0就算满足条件,第一次进来肯定满足

}

用图8-26来表示dequeue的结果:

图8-26  dequeue结果图

注意,在上图中,0号缓冲用虚线表示,SBC的dequeue函数的返回值用dequeued表示,它指向这个0号缓冲。正如代码中注释的那样,由于dequeued的值用的是tail的旧值,而tail是SBC定义的变量,不是SBT定义的变量,所以tail在SBS端是不可见的。这就带来了一个潜在危险,即0号缓冲不能保证当前是真正空闲的,因为SBS可能正在用它,怎么办?试看下面的lock。

(2)lock的分析

lock使用了LockCondition,其中传入的参数buf的值为0,也就是上图中的dequeue的值,代码如下所示:

[-->SharedBufferStack.cpp]

status_t SharedBufferClient::lock(int buf)

{

   LockCondition condition(this, buf);

    status_terr = waitForCondition(condition);

    returnerr;

}

看LockCondition的()函数:

boolSharedBufferClient::LockCondition::operator()() {

   /*

这个条件其实就是判断编号为buf的Buffer是不是被使用了。

buf值为0,head值为1,queued为0,inUse为-1

   */

    return(buf != stack.head ||

            (stack.queued > 0 && stack.inUse!= buf));

}

现在可以知道为什么SBC需要调用dequeue和lock函数了吗?原来:

·  dequeue只是根据本地变量tail计算一个本次应当使用的Buffer编号,其实也就是在0,1之间循环。上次用0号缓冲,那么这次就用1号缓冲。

·  lock函数要确保这个编号的Buffer没有被SF当做FrontBuffer使用。

(3)queue的分析

Activity端在绘制完UI后,将把BackBuffer投递出去以显示。接着上面的流程,这个BackBuffer的编号是0。待Activity投递完后,才会调用signal函数触发SF消费,所以在此之前格局不会发生变化。试看投递用的queue函数,注意传入的buf参数为0,代码如下所示:

[-->SharedBufferStack.cpp]

status_t SharedBufferClient::queue(int buf)

{

   QueueUpdate update(this);

   status_t err = updateCondition( update );

    ......

    returnerr;

}

//直接看这个QueueUpdate函数对象

ssize_tSharedBufferClient::QueueUpdate::operator()() {

   android_atomic_inc(&stack.queued);//queued增加1,现在该值由零变为1

    returnNO_ERROR;

}

至此,SBC端走完一个流程了,结果是什么?如图8-27所示:

图8-27  queue结果图

0号缓冲被移到queue的区域了,可目前还没有变量指向它。假设SBC端此后没有绘制UI的需求,那么它就会沉默一段时间。

3. SBS端的分析

SBS的第一个函数是retireAndLock,它使用了RetireUpdate函数对象,代码如下所示:

[-->SharedBufferStack.cpp]

ssize_t SharedBufferServer::retireAndLock()

{

   RetireUpdate update(this, mNumBuffers);

   ssize_t buf = updateCondition( update );

    returnbuf;

}

这个RetireUpdate对象的代码如下所示:

ssize_tSharedBufferServer::RetireUpdate::operator()() {

    //先取得head值,为1

   int32_t head = stack.head;

 

    //inUse被设置为1。表明要使用1吗?目前的脏缓冲应该是0才对

   android_atomic_write(head, &stack.inUse);

 

   int32_tqueued;

    do {

       queued = stack.queued; //queued目前为1

        if(queued == 0) {

           return NOT_ENOUGH_DATA;

        }

      //下面这个原子操作使得stack.queued减1.

    }while (android_atomic_cmpxchg(queued, queued-1, &stack.queued));

    //while循环退出后,queued减1,又变为0。

    //head值也在0,1间循环,现在head值变为0了

    head =((head+1 >= numBuffers) ? 0 : head+1);

 

    //inUse被设置为0

   android_atomic_write(head, &stack.inUse);

 

    // head值被设为0

   android_atomic_write(head, &stack.head);

   

    // available加1,变成2.

    android_atomic_inc(&stack.available);

    returnhead;//返回0

}

retireAndLock的结果是什么呢?看看图8-28就知道了。

图8-28  retireAndLock结果图

注意上面的available区域,1号缓冲右边的0号缓冲是用虚线表示的,这表示该0号缓冲实际上并不存在于available区域,但available的个数却变成2了。这样不会出错吗?当然不会,因为SBC的lock函数要确保这个缓冲没有被SBS使用。

我们来看SBS端最后一个函数,它调用了SBS的unlock,这个unlock使用了UnlockUpdate函数对象,就直接了解它好了,代码如下所示:

[-->SharedBufferStack.cpp]

ssize_tSharedBufferServer::UnlockUpdate::operator()() {

    ......

   android_atomic_write(-1, &stack.inUse);//inUse被设置为-1

    returnNO_ERROR;

}

unlock后最终的结果是什么呢?如图8-29所示:

图8-29  unlock结果图

比较一下图8-29和图8-25,可能会发现两图中tail和head刚好反了,这就是PageFlip。另外,上面的函数大量使用了原子操作。原子操作的目的就是为了避免锁的使用。值得指出的是,updateConditon函数和waitForCondition函数都使用了Mutex,也就是说,上面这些函数对象又都是在Mutex锁的保护下执行的,为什么会这样呢?先来看一段代码:

像下面这样的代码,如果有锁控制的话根本用不着一个while循环,因为有锁的保护,没有其他线程

能够修改stack.queued的值,所以用while来循环判断android_atomic_cmpxchg没有什么意义。

   int32_tqueued;

    do {

       queued = stack.queued;

        if(queued == 0) {

           return NOT_ENOUGH_DATA;

        }

    }while (android_atomic_cmpxchg(queued, queued-1, &stack.queued));

   

对于上面这个问题,我目前还不知道答案,但对其也进行了修改,把函数对象放在锁外执行,结果在真机上运行没有出现任何异常现象。也许Google或哪位读者能给这个问题一个较好的解释。

为什么我对生产/消费的同步控制如此感兴趣呢?这和自己工作的经历有些关系。因为之前曾做过一个单写多读的跨进程缓冲类,也就是一个生产者,多个消费者。为了保证正确性和一定的效率,我们在算法上曾做了很多改进,但还是大量使用了锁,所以我很好奇Google是怎么做到的,这也体现了一个高手的内功修养。要是由读者自己来实现,结果会怎样呢?

8.6.2  ViewRoot的你问我答

ViewRoot是Surfac系统甚至UI系统中一个非常关键的类,下面把网上一些关于ViewRoot的问题做个总结,希望这样能帮助读者对ViewRoot有更加清楚的认识。

·  ViewRoot和View类的关系是什么?

ViewRoot是View视图体系的根。每一个Window(注意是Window,比如PhoneWindow)有一个ViewRoot,它的作用是处理layout和View视图体系的绘制。那么视图体系又是什么呢?它包括Views和ViewGroups,也就是SDK中能看到的View类都属于视图体系。根据前面的分析可知,这些View是需要通过draw画出来的。而ViewRoot就是用来draw它们的,ViewRoot本身没有draw/onDraw函数。

·   ViewRoot和它所控制的View及其子View使用同一个Canvas吗?

这个问题的答案就很简单了,我们在ViewRoot的performTraversals中见过。ViewRoot提供Canvas给它所控制的View,所以它们使用同一个Canvas。但Canvas使用的内存却不是固定的,而是通过Surface的lockCanvas得到的。

·  View、Surface和Canvas之间的关系是怎样的?我认为,每一个view将和一个canvas,以及一个surface绑定到一起(这里的“我”表示提问人)。

这个问题的答案也很简单。一个Window将和一个Surface绑定在一起,绘制前ViewRoot会从Surface中lock出一个Canvas。

·  Canvas有一个bitmap,那么绘制UI时,数据是画在Canvas的这个bitmap中吗?

答案是肯定的,bitmap实际上包括了一块内存,绘制的数据最终都在这块内存上。 

·   同一个ViewRoot下,不同类型的View(不同类型指不同的UI单元,例如按钮、文本框等)使用同一个Surface吗?

是的,但是SurfaceView要除外。因为SurfaceView的绘制一般在单独的线程上,并且由应用层主动调用lockCanvas、draw和unlockCanvasAndPost来完成绘制流程。应用层相当于抛开了ViewRoot的控制,直接和屏幕打交道,这在camera、video方面用得最多。

8.6.3  LayerBuffer的分析

前面介绍了Normal属性显示层中的第一类Layer,这里将介绍其中的第二类LayerBuffer。LayerBuffer会在视频播放和摄像机预览等场景中用到,就以Camera的preView(预览)为例,来分析LayerBuffer的工作原理。

1. LayerBuffer的创建

先看LayerBuffer的创建,它通过SF的createPushBuffersSurfaceLocked得到,代码如下所示:

[-->SurfaceFlinger.cpp]

sp SurfaceFlinger::createPushBuffersSurfaceLocked(

       const sp& client, DisplayID display,

       int32_t id, uint32_t w, uint32_t h, uint32_t flags)

{

   sp layer = new LayerBuffer(this, display, client,id);

   layer->initStates(w, h, flags);

   addLayer_l(layer);

    returnlayer;

}

LayerBuffer的派生关系,如图8-30所示:

图8-30  LayerBuffer的派生关系示意图

从上图中可以发现:

·  LayerBuffer定义了一个内部类Source类,它有两个派生类BufferSource和OverlaySource。根据它们的名字,可以猜测到Source代表数据的提供者。

·  LayerBuffer中的mSurface其真实类型是SurfaceLayerBuffer。

LayerBuffer创建好了,不过该怎么用呢?和它相关的调用流程是怎样的呢?下面来分析Camera。

2. Camera preView的分析

Camera是一个单独的Service,全称是CameraService,先看CameraService的registerPreviewBuffers函数。这个函数会做什么呢?代码如下所示:

[-->CameraService.cpp]

status_tCameraService::Client::registerPreviewBuffers()

{

    int w, h;

   CameraParameters params(mHardware->getParameters());

   params.getPreviewSize(&w, &h);

 

   /*

    ①mHardware代表Camera设备的HAL对象。本书讨论CameraHardwareStub设备,它其实是

   一个虚拟的设备,不过其代码却具有参考价值。

   BufferHeap定义为ISurface的内部类,其实就是对IMemoryHeap的封装

   */

   ISurface::BufferHeapbuffers(w, h, w, h,

                                HAL_PIXEL_FORMAT_YCrCb_420_SP,

                                 mOrientation,

                                 0,

                                mHardware->getPreviewHeap());

    //②调用SurfaceLayerBuffer的registerBuffers函数。

   status_t ret = mSurface->registerBuffers(buffers);

    returnret;

}

上面代码中列出了两个关键点,逐一来分析它们。

(1)创建BufferHeap

BufferHeap是ISurface定义的一个内部类,它的声明如下所示:

[-->ISurface.h]

 classBufferHeap {

   public:

       ......

        //使用这个构造函数

       BufferHeap(uint32_t w, uint32_t h,

               int32_t hor_stride, int32_t ver_stride,

               PixelFormat format, const sp& heap);

       

      ......

       ~BufferHeap();

       

       uint32_t w;

       uint32_t h;

       int32_t hor_stride;

       int32_t ver_stride;

       PixelFormat format;

       uint32_t transform;

       uint32_t flags;

       sp heap; //heap指向真实的存储对象

    };

从上面代码中可发现,BufferHeap基本上就是封装了一个IMemoryHeap对象,根据我们对IMemoryHeap的了解,它应该包含了真实的存储对象,这个值由CameraHardwareStub对象的getPreviewHeap得到,这个函数的代码如下所示:

[-->CameraHardwareStub.cpp]

spCameraHardwareStub::getPreviewHeap() const

{

    returnmPreviewHeap;//返回一个成员变量,它又是在哪创建的呢?

}

//上面的mPreivewHeap对象由initHeapLocked函数创建,该函数在HAL对象创建的时候被调用

void CameraHardwareStub::initHeapLocked()

{

  ......

 /*

创建一个MemoryHeapBase对象,大小是mPreviewFrameSize * kBufferCount,其中

 kBufferCount为4。注意这是一段连续的缓冲。

*/

 mPreviewHeap= new MemoryHeapBase(mPreviewFrameSize * kBufferCount);

 //mBuffer为MemoryBase数组,元素为4

 for (inti = 0; i < kBufferCount; i++) {

       mBuffers[i] = new MemoryBase(mPreviewHeap,

i * mPreviewFrameSize, mPreviewFrameSize);

    }

}

从上面这段代码中可以发现,CameraHardwareStub对象创建的用于preView的内存结构是按图8-31所示的方式来组织的:

图8-31  CameraHardwareStub用于preView的内存结构图

其中:

·  BufferHeap的heap变量指向一块MemoryHeap,这就是mPreviewHeap。

·  在这块MemoryHeap上构建了4个MemoryBase。

(2)registerBuffers的分析

BufferHeap准备好后,要调用ISurface的registerBuffers函数,ISurface在SF端的真实类型是SurfaceLayerBuffer,所以要直接看它的实现,代码如下所示:

[-->LayerBuffer.cpp]

status_t LayerBuffer::SurfaceLayerBuffer::registerBuffers(

       const ISurface::BufferHeap& buffers)

{

   sp owner(getOwner());

if (owner != 0)

      //调用外部类对象的registerBuffers,所以SurfaceLayerBuffer也是一个Proxy哦。

       return owner->registerBuffers(buffers);

    returnNO_INIT;

}

//外部类是LayerBuffer,调用它的registerBuffers函数

status_t LayerBuffer::registerBuffers(constISurface::BufferHeap& buffers)

{

Mutex::Autolock _l(mLock);

//创建数据的来源BufferSource,注意我们其实把MemoryHeap设置上去了

   sp source = new BufferSource(*this, buffers);

   status_t result = source->getStatus();

    if(result == NO_ERROR) {

       mSource = source;//保存这个数据源为mSource。

    }

    returnresult;

}   

BufferSource,曾在图8-30中见识过,它内部有一个成员变量mBufferHeap指向传入的buffers参数,所以registerBuffers过后,就得到了图8-32:

图8-32  registerBuffers的结果示意图

请注意上图的箭头指向,不论中间有多少层封装,最终的数据存储区域还是mPreivewHeap。

2.数据的传输

至此,Buffer在SF和Camera两端都准备好了,那么数据是怎么从Camera传递到SF的呢?先来看数据源是怎么做的。

(1)数据传输的分析

CameraHardwareStub有一个preview线程,这个线程会做什么呢?代码如下所示:

[-->CameraHardwareStub.cpp]

//preview线程从Thread类派生,下面这个函数在threadLoop中循环调用

int CameraHardwareStub::previewThread()

{

mLock.lock();

//每次进来mCurrentPreviewFrame都会加1

   ssize_t offset = mCurrentPreviewFrame * mPreviewFrameSize;

 

  sp heap = mPreviewHeap;

 

  FakeCamera* fakeCamera = mFakeCamera;//虚拟的摄像机设备

   //从mBuffers中取一块内存,用于接收来自硬件的数据

   spbuffer = mBuffers[mCurrentPreviewFrame];

 

   mLock.unlock();

   if(buffer != 0) {

       intdelay = (int)(1000000.0f / float(previewFrameRate));

      void *base = heap->base();//base是mPreviewHeap的起始位置

 

        //下面这个frame代表buffer在mPreviewHeap中的起始位置,还记得图8-31吗?

       //四块MemoryBase的起始位置由下面这个代码计算得来

       uint8_t *frame = ((uint8_t *)base) + offset;

        //取出一帧数据,放到对应的MemoryBase中

       fakeCamera->getNextFrameAsYuv422(frame);

        //①把含有帧数据的buffer传递到上层

        if(mMsgEnabled & CAMERA_MSG_PREVIEW_FRAME)

           mDataCb(CAMERA_MSG_PREVIEW_FRAME, buffer, mCallbackCookie);

 

       //mCurrentPreviewFrame 递增,在0到3之间循环

       mCurrentPreviewFrame = (mCurrentPreviewFrame + 1) % kBufferCount;

       usleep(delay);//模拟真实硬件的延时

    }

 

    returnNO_ERROR;

}

读者是否明白Camera preview的工作原理了?就是从四块内存中取一块出来接收数据,然后再把这块内存传递到上层去处理。从缓冲使用的角度来看,mBuffers数组构成了一个成员个数为四的缓冲队列。preview通过mData这个回调函数,把数据传递到上层,而CameraService实现了mData这个回调函数,这个回调函数最终会调用handlePreviewData,直接看handlePreviewData即可,代码如下所示:

[-->CameraService.cpp]

voidCameraService::Client::handlePreviewData(const sp& mem)

   ssize_t offset;

size_t size;

//注意传入的mem参数,它实际上是Camera HAL创建的mBuffers数组中的一个

//offset返回的是这个数组在mPreviewHeap中的偏移量

   sp heap = mem->getMemory(&offset, &size);

    if (!mUseOverlay)

    {

       Mutex::Autolock surfaceLock(mSurfaceLock);

        if(mSurface != NULL) {

           //调用ISurface的postBuffer,注意我们传入的参数是offset。

           mSurface->postBuffer(offset);

        }

}

......

}

上面的代码是什么意思?我们到底给ISurface传什么了?答案很明显:

·  handlePreviewData就是传递了一个偏移量,这个偏移量是mBuffers数组成员的首地址。可用图8-33来表示:

图8-33  handlePreviewData示意图

有了图8-33,读者明白数据传递的工作原理了吗?

下面看SurfaceLayerBuffer的postBuffer函数,不过它只是一个小小的代理,真正的工作由外部类LayerBuffer完成,直接看它好了,代码如下所示:

[-->LayerBuffer.cpp]

void LayerBuffer::postBuffer(ssize_t offset)

{

   sp source(getSource());//getSource返回mSource,为BufferSource类型

    if(source != 0)

       source->postBuffer(offset);//调用BufferSource的postBuffer函数。

}

[-->LayerBuffer.cpp]

voidLayerBuffer::BufferSource::postBuffer(ssize_t offset)

{   

   ISurface::BufferHeap buffers;

    {

       Mutex::Autolock _l(mBufferSourceLock);

       buffers = mBufferHeap;//还记得图8-32吗?

        if(buffers.heap != 0) {

           //BufferHeap的heap变量指向MemoryHeap,下面取出它的大小

           const size_t memorySize = buffers.heap->getSize();

          //做一下检查,判断这个offset是不是有问题

           if ((size_t(offset) + mBufferSize) > memorySize) {

               LOGE("LayerBuffer::BufferSource::postBuffer() "

                     "invalid buffer(offset=%d, size=%d, heap-size=%d",

                     int(offset),int(mBufferSize), int(memorySize));

               return;

           }

        }

    }

 

   sp buffer;

if (buffers.heap != 0) {

    //创建一个LayerBuffer::Buffer

       buffer = new LayerBuffer::Buffer(buffers, offset, mBufferSize);

        if(buffer->getStatus() != NO_ERROR)

           buffer.clear();

       setBuffer(buffer);//setBuffer?我们要看看

//mLayer就是外部类LayerBuffer,调用它的invalidate函数将触发SF的重绘

       mLayer.invalidate();

    }

}

 

void LayerBuffer::BufferSource::setBuffer(

const sp& buffer)

{

  //setBuffer函数就是简单地将new出来的Buffer设置给成员变量mBuffer,这么做会有问题吗?Mutex::Autolock_l(mBufferSourceLock);

   mBuffer = buffer; //将新的buffer设置为mBuffer,mBuffer原来指向的那个被delete

}

从数据生产者角度看,postBuffer函数将不断地new一个Buffer出来,然后将它赋值给成员变量mBuffer,也就是说,mBuffer会不断变化。现在从缓冲的角度来思考一下这种情况的结果:

·  数据生产者有一个含四个成员的缓冲队列,也就是mBuffers数组。

·  而数据消费者只有一个mBuffer。

这种情况会有什么后果呢?请记住这个问题,我们到最后再来揭示。下面先看mBuffer的类型Buffer是什么。

(2)数据使用的分析

Buffer被定义成LayerBuffer的内部类,代码如下所示:

[-->LayerBuffer.cpp]

LayerBuffer::Buffer::Buffer(constISurface::BufferHeap& buffers,

       ssize_t offset, size_t bufferSize)

    :mBufferHeap(buffers), mSupportsCopybit(false)

{

   //注意,这个src被定义为引用,所以修改src的信息相当于修改mNativeBuffer的信息

   NativeBuffer& src(mNativeBuffer);

   src.crop.l = 0;

   src.crop.t = 0;

   src.crop.r = buffers.w;

   src.crop.b = buffers.h;

 

   src.img.w       =buffers.hor_stride ?: buffers.w;

   src.img.h       =buffers.ver_stride ?: buffers.h;

    src.img.format  = buffers.format;

    //这个base将指向对应的内存起始地址

   src.img.base    =(void*)(intptr_t(buffers.heap->base()) + offset);

    src.img.handle  = 0;

    gralloc_module_tconst * module = LayerBuffer::getGrallocModule();

    //做一些处理,有兴趣的读者可以去看看。

    if(module && module->perform) {

       int err = module->perform(module,

               GRALLOC_MODULE_PERFORM_CREATE_HANDLE_FROM_BUFFER,

               buffers.heap->heapID(), bufferSize,

               offset, buffers.heap->base(),

                &src.img.handle);

 

       mSupportsCopybit = (err == NO_ERROR);

    }

 }

上面是Buffer的定义,其中最重要的就是这个mNativeBuffer了,它实际上保存了mBuffers数组成员的首地址。

下面看绘图函数,也就是LayerBuffer的onDraw函数,这个函数由SF的工作线程调用,代码如下所示:

[-->LayerBuffer.cpp]

void LayerBuffer::onDraw(const Region& clip)const

{

   sp source(getSource());

    if(LIKELY(source != 0)) {

       source->onDraw(clip);//source实际类型是BufferSource,我们去看看。

    } else{

       clearWithOpenGL(clip);

    }

}

void LayerBuffer::BufferSource::onDraw(constRegion& clip) const

{

   sp ourBuffer(getBuffer());

    ......//使用这个Buffer,注意使用的时候没有锁控制

    mLayer.drawWithOpenGL(clip, mTexture);//生成一个贴图,然后绘制它

 }

其中getBuffer函数返回mBuffer,代码如下所示:

spLayerBuffer::BufferSource::getBuffer() const

{

    Mutex::Autolock_l(mBufferSourceLock);

    returnmBuffer;

}

从上面的代码中能发现,mBuffer的使用并没有锁的控制,这会导致什么问题发生呢?请再次回到前面曾强调要记住的那个问题。此时生产者的队列有四个元素,而消费者的队列只有一个元素,它可用图8-34来表示:

图8-34  数据传递的问题示意图

从上图可以知道:

·  使用者使用mBuffer,这是在SF的工作线程中做到的。假设mBuffer实际指向的内存为mBuffers[0]。

·  数据生产者循环更新mBuffers数组各个成员的数据内容,这是在另外一个线程中完成的。由于这两个线程之间没有锁同步,这就造成了当使用者还在使用mBuffers[0]时,生产者又更新了mBuffers[0]。这会在屏幕上产生混杂的图像。

经过实际测试得知,如果给数据使用端加上一定延时,屏幕就会出现不连续的画面,即前一帧和后一帧的数据混杂在一起输出。

从代码的分析来看,这种方式确实有问题。我在真实设备上测试的结果,也在一定程度上验证了这一点。通过修改LayerBuffer来解决这问题的难度比较大,是否可在读写具体缓存时加上同步控制呢(例如使用mBuffers[0]的时候调用一下lock,用完后调用unlock)?这样就不用修改LayerBuffer了。读者可再深入研究这个问题。

8.7  本章小结

本章可能是全书难度最大的一章了。在这一章的讲解中,我们把打通任督二脉做为破解Surface系统的突破口:

·  应用程序和Surface的关系,这是任脉。

·  Surface和SurfaceFlinger的关系,这是督脉。

其中,打通任脉的过程是比较曲折的,从应用程序的Activity开始,一路追踪到ViewRoot、WindowManagerService。任脉被打通后,还只是解决了Java层的问题,而督脉则集中在Native层。在必杀技aidl工具的帮助下,我们首先成功找到了Surface乾坤大挪移的踪迹。此后在精简流程方法的帮助下,乘胜追击,对Surface以及SurfaceFlinger进行了深入分析。我希望读者在阅读过程中,也要把握流程,这样就不至于迷失在代码中了。

在拓展部分,对Surface系统中CB对象的工作流程、ViewRoot的一些问题、以及LayerBuffer进行了较为详细的介绍。
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作者:阿拉神农 
来源:CSDN 
原文:https://blog.csdn.net/innost/article/details/47208337 
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