PowerManagerService 电源管理架构初识

1. 电源管理架构

PowerManagerService是android系统电源管理的核心服务。
PowerManagerService在Framework层本质为策略控制方案，其作用为：

1. 向上提供给应用程序接口，例如音频场景中保持系统唤醒、消息通知中唤醒手机屏幕场景；
2. 向下决策HAL层以及Kernel层来控制设备待机状态，控制显示屏、背光灯、距离传感器、光线传感器等硬件设备的状态；

2. 电源管理的4个层次

• 应用接口层(PowerManager.java)
  PowerManager 中开发给应用一系列接口，应用可以调用PM的接口申请wakelock，让系统唤醒或休眠；
• Framework层(PowerManagerService.java)
  应用调用PowerManager开发的接口的实现方为 PowerManagerService;
  PowerManagerService是整个电源管理的决策系统，例如亮灭屏、系统唤醒休眠;
• Hal层(Power.c)
  该层只有一个power.c文件。通过接受上层参数，向/sys/power/wake_lock或/sys/power/wake_unlock文件节点写数据来与Kernel进行通信。主要功能为申请/释放锁，维持屏幕亮灭;
• 内核层(Kernel/Power)

1. 实现系统电源管理框架机制：Kernel/power/
2. 实现对特定板的处理器电源管理:Arch/arm/match-xxx/pm.c
3. 电源驱动为设备电源管理提供基础框架: Drivers/power

3. 电源管理服务 - PowerManagerService

frameworks/base/services/core/java/com/android/server/power/PowerManagerService.java
负责管理、协调设备电源管理的系统服务之一，设备中常见功能如亮灭屏、亮度调节、低电量模式、保持CPU唤醒都是通过PMS进行协调和处理。

3.1 SystemServer startService PowerManagerService

PowerManagerService 继承SystemSerive即具备生命周期, SystemService系的服务都是在SystemServer中启动、注册到系统服务中，通过Binder和其他组件进行交互

故我们先看下SystemServer的启动流程。
SystemServer.main
->SystemServer.run
->->SystemServer.startBootstrapServices() 启动引导服务
->->->mPowerManagerService = mSystemServiceManager.startService(PowerManagerService.class); // 通过Java的newInstance()反射启动电源管理服务，好处是代码很解耦

PowerManagerService DreamManagerService DisplayManagerService DisplayPowerController onStart():publishBinderService/publishLocalService onBootPhase():mDirty |= DIRTY_BOOT_COMPLETED systemReady():mDreamManager systemReady():mDisplayManagerInternal initPowerManagement PowerManagerService DreamManagerService DisplayManagerService DisplayPowerController

3.2 PowerManagerService 的构造函数

1. 建立Handle: 消息发送与处理
2. 2种WakeLock锁，分别为 mWakeLockSuspendBlocker 和 mDisplaySuspendBlocker
   a. mDisplaySuspendBlocker： 上层调用，控制屏幕的点亮和息屏
   b. mWakeLockSuspendBlocker: 系统内部调用，控制CPU的唤醒

PowerManagerService(Context context, Injector injector) {
    ...
    mHandlerThread = new ServiceThread(TAG,Process.THREAD_PRIORITY_DISPLAY, false /*allowIo*/);
    mHandlerThread.start();
    mHandler = injector.createHandler(mHandlerThread.getLooper(),new PowerManagerHandlerCallback());
    ...
    // 控制CPU的唤醒
    mWakeLockSuspendBlocker =mInjector.createSuspendBlocker(this, "PowerManagerService.WakeLocks");
    // 控制屏幕的点亮和息屏
    mDisplaySuspendBlocker =mInjector.createSuspendBlocker(this, "PowerManagerService.Display");
    ...
}

看到上述的2个锁，让我联系到经常使用的如下Flag
 Flag Value                 CPU        Screen      Keyboard
 PARTIAL_WAKE_LOCK            On           Off         Off 0x00000001 1
 SCREEN_DIM_WAKE_LOCK         On           Dim         Off 0x00000006 6
 SCREEN_BRIGHT_WAKE_LOCK      On           Bright      Off 0x0000000a 10
 FULL_WAKE_LOCK               On           Bright      Bright 0x0000001a 26

3.3 PowerManagerService.onStart()

Onstart的作用：

1. 将 POWER_SERVICE 注册到 Binder 服务端，这样其他模块就可以通过Binder获取实例。同理当进行本地注册后，只有在Sysem进程才能获得到其实例。
2. 设置 Watchdog 监视 PowerManagerService 和 Handler

      @Override
      public void onStart() {
          // 其他模块就可以通过Binder获取实例
          publishBinderService(Context.POWER_SERVICE, mBinderService, /* allowIsolated= */ false,DUMP_FLAG_PRIORITY_DEFAULT | DUMP_FLAG_PRIORITY_CRITICAL);
          // 当进行本地注册后，只有在Sysem进程才能获得到其实例
          publishLocalService(PowerManagerInternal.class, mLocalService);
  
          Watchdog.getInstance().addMonitor(this);
          Watchdog.getInstance().addThread(mHandler);
      }

3.4 PowerManagerService.systemReady()

systemReady()函数作用：初始化工作，即我们可以看到电源管理策略的需要用的功能初始化。

1. 初始化互动屏保
2. 初始化屏幕显示管理服务
3. 初始化电池管理服务
4. 获取屏幕亮度信息
5. 获取传感器管理服务
6. 初始化电量统计服务
7. SettingsProvier监听
8. LED指示灯管理服务
9. 初始化屏幕显示服务
10. 广播相关：电池广播、用户切换广播
11. 更新电源相关信息

例如我们在做冻结策略、场景识别策略的ROM定制也大体都是在 systemReady 进行init

public void systemReady(IAppOpsService appOps) {
    ...
    mDreamManager = getLocalService(DreamManagerInternal.class); // 1. 初始化互动屏保
    mDisplayManagerInternal = getLocalService(DisplayManagerInternal.class);// 2. 初始化屏幕显示管理服务
    mBatteryManagerInternal = getLocalService(BatteryManagerInternal.class);// 3. 初始化电池管理服务
    SensorManager sensorManager = new SystemSensorManager(mContext, mHandler.getLooper());//5. 获取传感器管理服务
    mBatteryStats = BatteryStatsService.getService();//6. 初始化电量统计服务
    mLightsManager = getLocalService(LightsManager.class);//8. LED指示灯管理服务
    mAttentionLight = mLightsManager.getLight(LightsManager.LIGHT_ID_ATTENTION);//8. LED指示灯管理服务
    mDisplayManagerInternal.initPowerManagement(mDisplayPowerCallbacks, mHandler, sensorManager);// 9. 初始化屏幕显示服务
    // 整个 PMS 中最重要的方法
    updatePowerStateLocked();// 11. 更新电源相关信息
    ...
}

总结一下：SystemReady完成的工作主要如下：

1. 获取与PowerManangerService相关的系统服务以及本地服务；
2. 获取屏幕最大、最小以及默认亮度值
3. 创建SensorManager对象用于与SensorService交互
4. 创建Notifier对象，用户通知系统电源状态的改变
5. 调用DisplayManangerService的initPowerMannagerMent()方法来初始化Power显示模块
6. 注册SettingsObserver监听系统设置的变化

3.5 PowerManager 的相关接口

PowerMananger 是PowerManangerService的代理类，PowerMananger向上层应用提供交互的接口。上层调用对应的接口后，具体的工作内容交予PowerManangerService完成。可以重点关注如下接口：

1. wakeUp()
   hide接口，不开放给应用。作用：强制系统从睡眠状态唤醒。
2. gotoSleep()
   hide接口，不开放给应用。作用：强制系统进入睡眠状态
3. userActivity()
   向PowerManagerService报告影响系统休眠的用户活动，重新计算灭屏时间，背光亮度，例如触屏、滑屏、power键等用户行为。
4. Wakelock（特别常用）
   wakelock是PowerManager的一个内部类，提供了相关的接口来操作wakelock锁。应用层可以使用newWakeLock方法创建wakelock锁，使用acquire()和release()来申请和释放锁。例如如下demo的使用
   

package com.sufadi.commlib.utils

import android.annotation.SuppressLint
import android.content.Context
import android.os.PowerManager

/*
 Flag Value                 CPU        Screen      Keyboard
 PARTIAL_WAKE_LOCK            On           Off         Off 0x00000001 1
 SCREEN_DIM_WAKE_LOCK         On           Dim         Off 0x00000006 6
 SCREEN_BRIGHT_WAKE_LOCK      On           Bright      Off 0x0000000a 10
 FULL_WAKE_LOCK               On           Bright      Bright 0x0000001a 26
 */
object AlertWakeLock {
    private val TAG = "AlertWakeLock"
    private var sCpuWakeLock: PowerManager.WakeLock? = null

    @SuppressLint("InvalidWakeLockTag")
    internal fun createPartialWakeLock(context: Context): PowerManager.WakeLock? {
        // 第一步：获取PowerManager的实例
        val pm = context.getSystemService(Context.POWER_SERVICE) as PowerManager ?: return null
        // 第二步：调用PowerManager中的newWakeLock方法创建一个WakeLock对象
        return pm.newWakeLock(PowerManager.SCREEN_DIM_WAKE_LOCK, TAG)
        //return pm.newWakeLock(PowerManager.FULL_WAKE_LOCK | PowerManager.ACQUIRE_CAUSES_WAKEUP | PowerManager.ON_AFTER_RELEASE, TAG);
    }

    fun acquireCpuWakeLock(context: Context) {
        if (sCpuWakeLock != null) {
            return
        }

        sCpuWakeLock = createPartialWakeLock(context)
        // 第三步：acquire()获取相应的锁
        sCpuWakeLock!!.acquire()
    }

    fun releaseCpuLock() {
        if (sCpuWakeLock != null) {
            // 最后：release释放
            sCpuWakeLock!!.release()
            sCpuWakeLock = null
        }
    }
}

5. isDeviceIdleMode
   查看是否进入了Doze低功耗模式