SurfaceFlinger与Hardware Composer

SurfaceFlinger 和 Hardware Composer HAL 通过执行以下四项关键任务来准备用于显示的图形数据缓冲区：

• 接受缓冲区
• 确定合成缓冲区的最有效方法
• 合成缓冲区
• 将缓冲区发送到显示设备

SurfaceFlinger

SurfaceFlinger 接受来自多个来源的数据缓冲区，对它们进行合成，然后发送到显示设备。

当应用进入前台时，WindowManager 服务会向 SurfaceFlinger 请求一个绘图 Surface。SurfaceFlinger 会创建一个其主要组件为 BufferQueue 的层，而 SurfaceFlinger 是其消耗方。生产方端的 Binder 对象通过 WindowManager 传递到应用，然后应用可以开始直接将帧发送到 SurfaceFlinger。

大多数应用在屏幕上一次显示三个层：屏幕顶部的状态栏、底部或侧面的导航栏以及应用界面。有些应用会拥有更多或更少的层（例如，默认主屏幕应用有一个单独的壁纸层，而全屏游戏可能会隐藏状态栏）。每个层都可以单独更新。状态栏和导航栏由系统进程渲染，而应用层由应用渲染，两者之间不进行协调。

设备显示会按一定速率刷新，在手机和平板电脑上通常为 60 fps。如果显示内容在刷新期间更新，则会出现撕裂现象；因此，请务必只在周期之间更新内容。在可以安全更新内容时，系统便会收到来自显示设备的信号。由于历史原因，我们将该信号称为 VSYNC 信号。

刷新率可能会随时间而变化，例如，一些移动设备的帧率范围在 58 fps 到 62 fps 之间，具体要视当前条件而定。对于连接了 HDMI 的电视，刷新率在理论上可以下降到 24 Hz 或 48 Hz，以便与视频相匹配。由于每个刷新周期只能更新屏幕一次，因此以 200 fps 的帧率为显示设备提交缓冲区就是一种资源浪费，因为大多数帧会被舍弃掉。SurfaceFlinger 不会在应用每次提交缓冲区时都执行操作，而是在显示设备准备好接收新的缓冲区时才会唤醒。

当 VSYNC 信号到达时，SurfaceFlinger 会遍历它的层列表，以寻找新的缓冲区。如果找到新的缓冲区，它会获取该缓冲区；否则，它会继续使用以前获取的缓冲区。SurfaceFlinger 必须始终显示内容，因此它会保留一个缓冲区。如果在某个层上没有提交缓冲区，则该层会被忽略。

SurfaceFlinger 在收集可见层的所有缓冲区之后，便会询问 Hardware Composer 应如何进行合成。

Hardware Composer

Hardware Composer HAL (HWC) 用于确定通过可用硬件来合成缓冲区的最有效方法。作为 HAL，其实现是特定于设备的，而且通常由显示设备硬件原始设备制造商 (OEM) 完成。

当您考虑使用叠加平面时，很容易发现这种方法的好处，它会在显示硬件（而不是 GPU）中合成多个缓冲区。例如，假设有一部普通 Android 手机，其屏幕方向为纵向，状态栏在顶部，导航栏在底部，其他区域显示应用内容。每个层的内容都在单独的缓冲区中。您可以使用以下任一方法处理合成：

• 将应用内容渲染到暂存缓冲区中，然后在其上渲染状态栏，再在其上渲染导航栏，最后将暂存缓冲区传送到显示硬件。
• 将三个缓冲区全部传送到显示硬件，并指示它从不同的缓冲区读取屏幕不同部分的数据。

后一种方法可以显著提高效率。

显示处理器功能差异很大。叠加层的数量（无论层是否可以旋转或混合）以及对定位和叠加的限制很难通过 API 表达。为了适应这些选项，HWC 会执行以下计算：

1. SurfaceFlinger 向 HWC 提供一个完整的层列表，并询问“您希望如何处理这些层？”
2. HWC 的响应方式是将每个层标记为叠加层或 GLES 合成。
3. SurfaceFlinger 会处理所有 GLES 合成，将输出缓冲区传送到 HWC，并让 HWC 处理其余部分。

由于硬件供应商可以定制决策代码，因此可以在每台设备上实现最佳性能。

当屏幕上的内容没有变化时，叠加平面的效率可能会低于 GL 合成。当叠加层内容具有透明像素且叠加层混合在一起时，尤其如此。在此类情况下，HWC 可以选择为部分或全部层请求 GLES 合成，并保留合成的缓冲区。如果 SurfaceFlinger 返回来要求合成同一组缓冲区，HWC 可以继续显示先前合成的暂存缓冲区。这可以延长闲置设备的电池续航时间。

运行 Android 4.4 或更高版本的设备通常支持 4 个叠加平面。尝试合成的层数多于叠加层数会导致系统对其中一些层使用 GLES 合成，这意味着应用使用的层数会对能耗和性能产生重大影响。

虚拟显示设备

SurfaceFlinger 支持一个主要显示设备（即内置在手机或平板电脑中的显示屏）、一个外部显示设备（如通过 HDMI 连接的电视）以及一个或多个令合成的输出在系统中可用的虚拟显示设备。虚拟显示设备可用于记录屏幕信息或通过网络发送屏幕信息。

虚拟显示设备可以与主显示设备共享相同的一组层（层堆叠），也可拥有自己的一组层。虚拟显示设备没有 VSYNC，因此主显示设备的 VSYNC 用于为所有显示设备触发合成。

在旧版本的 Android 中，虚拟显示设备总是通过 GLES 合成，而 Hardware Composer 管理的合成仅用于主显示设备。在 Android 4.4 中，Hardware Composer 能够参与虚拟显示设备合成。

正如您所预期的，为虚拟显示设备生成的帧会写入 BufferQueue。