android surfaceflinger研究----显示系统, Surface机制, SurfaceFlinger loop

转载自http://blog.csdn.net/windskier/article/details/7030732

    这周抽空研究了一下SurfaceFlinger，发现真正复杂的并不是SurfaceFlinger本身，而是android的display显示系统，网上关于这部分的介绍有不少，本不打算写的，但是发现还是记录一下研究代码的过程比较好，一是能够帮助自己理清思路，另一个原因就是以后当这块内容忘记的时候，能快速的通过这个记录捡起来。

    一.  android显示系统的建立

    我们看SurfaceFlinger的定义就知道，它其实是一个Thread, 因此SurfaceFlinger的初始化工作就理所当然的放在了SurfaceFlinger线程中，详见readyToRun()@SurfaceFlinger.cpp

    SurfaceFlinger对于显示的管理是通过一个或多个GraphicPlane对象(目前android只实现了一个)来管理的，

@SurfaceFlinger.h

GraphicPlane                mGraphicPlanes[1];

    其实，GraphicPlane类只是一个wrapper层，目的是当android支持多个显示系统时，通过该类来管里各自的图形系统，显示系统真正的初始化工作是通过DisplayHardware类来初始化底层图形系统的管理与显示的。真正的图形显示系统的初始化在init()@DisplayHardware.cpp

    目前，android支持一个图形系统，这个图形系统是全局的，surfaceflinger可以访问，其他不通过surfaceflinger进行图形处理的application也可以对其进行操作。

    1. FrameBuffer的建立

    framebuffer，确切的是说是linux下的framebuffer,，它是linux图形显示系统中一个与图形硬件无关的抽象层，user完全不用考虑我们的硬件设备，而仅仅使用framebuffer就可以实现对屏幕的操作。

    android的framebuffer并没有被SurfaceFlinger直接使用，而是在framebuffer外做了一层包装，这个包装就是FramebufferNativeWindow，我们来看一下FramebufferNativeWindow的创建过程。

   我们的framebuffer是由一个设备符fbDev来表示的，它是FramebufferNativeWindow的一个成员，我们来分析一下对fbDev的处理过程。

    1.1. fbDev设备符

    1.1.1 gralloc library

    在这之前，先介绍一下gralloc library，它的形态如grallocBOARDPLATFORM.so， BOARDPLATFORM可以从属性ro.board.platform中获得，这篇文章中我们以Qualcomm msmx7x30为例，也就是gralloc.msm7x30.so中，它的源路径在hardware/msm7k/libgralloc-qsd8k。

    framebuffer的初始化需要通过HAL gralloc.msm7x30.so 来完成与底层硬件驱动的适配，但是gralloc library并不是平台无关的，不同的vendor可能会实现自己的gralloc library，因此为了保证在创建framebuffer时能够平台无关，android只能是动态的判断并使用当前的gralloc library，android通过从gralloc library中再抽象出一个hw_module_t结构来供使用，它为framebuffer的初始化提供了需要的gralloc.msm7x30.so业务。因此通过这个hw_module_t结构我们就不需要知道当前系统使用的到底是哪个gralloc library。按规定，所有gralloc library中的这个结构体被命名为HAL_MODULE_INFO_SYM(HMI)。当前分析的系统中，HAL_MODULE_INFO_SYM在hardware/msm7k/libgralloc-qsd8k/galloc.cpp。

    1.1.2 打开fbDev设备符    

    下面看如何打开 打开fbDev设备符。通过HAL_MODULE_INFO_SYM提供的gralloc.msm7x30.so的接口我们调用到了fb_device_open()@hardware/msm7k/libgralloc-qsd8kframebuffer.cpp。

int fb_device_open(hw_module_t const* module, const char* name,
        hw_device_t** device)
{
    int status = -EINVAL;
    if (!strcmp(name, GRALLOC_HARDWARE_FB0)) {
        alloc_device_t* gralloc_device;
        status = gralloc_open(module, &gralloc_device);

        /* initialize our state here */
        fb_context_t *dev = (fb_context_t*)malloc(sizeof(*dev));
        memset(dev, 0, sizeof(*dev));

        /* initialize the procs */
        dev->device.common.tag = HARDWARE_DEVICE_TAG;

        private_module_t* m = (private_module_t*)module;
        status = mapFrameBuffer(m);

}

 

在这个函数中，主要为fbDev设备符指定一个fb_context_t实例，并通过函数mapFrameBuffer()对设备节点/dev/graphics/fb0进行操作，操作的目的有：

1.获得屏幕设备的信息，并将屏幕信息保存在HAL_MODULE_INFO_SYM(上面代码中的module)中。

 2. 向/dev/graphics/fb0请求page flip模式，page flip模式需要至少2个屏幕大小的buffer，page flip模式在后面介绍。目前android系统中设置为2个屏幕大小的buffer。当然屏幕设备可能不支持page flip模式。

mapFrameBufferLocked()@hardware/msm7k/libgralloc-qsd8k/framebuffer.cpp

/*
 * Request NUM_BUFFERS screens (at lest 2 for page flipping)
 */
info.yres_virtual = info.yres * NUM_BUFFERS;


uint32_t flags = PAGE_FLIP;
if (ioctl(fd, FBIOPUT_VSCREENINFO, &info) == -1) {
    info.yres_virtual = info.yres;
    flags &= ~PAGE_FLIP;
    LOGW("FBIOPUT_VSCREENINFO failed, page flipping not supported");
}

 

3. 映射屏幕设备缓存区给fbDev设备符。

mapFrameBufferLocked()@hardware/msm7k/libgralloc-qsd8k/framebuffer.cpp

/*
 * map the framebuffer
 */

int err;
size_t fbSize = roundUpToPageSize(finfo.line_length * info.yres_virtual);
module->framebuffer = new private_handle_t(dup(fd), fbSize,
        private_handle_t::PRIV_FLAGS_USES_PMEM);

module->numBuffers = info.yres_virtual / info.yres;
module->bufferMask = 0;

void* vaddr = mmap(0, fbSize, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
if (vaddr == MAP_FAILED) {
    LOGE("Error mapping the framebuffer (%s)", strerror(errno));
    return -errno;
}
module->framebuffer->base = intptr_t(vaddr);
memset(vaddr, 0, fbSize);

1.2 grDev设备符

在为framebuffer，也就是FramebufferNativeWindow申请内存之前，我们还要介绍一个概念，就是grDev设备符。它虽然也叫设备符，但是它和具体的设备没有直接关系，我们看它的类型就是知道了alloc_device_t，没错，grDev设备符就是为了FramebufferNativeWindow管理内存使用的。为FramebufferNativeWindow提供了申请/释放内存的接口。

    1.3 FramebufferNativeWindow内存管理

     FramebufferNativeWindow维护了2个buffer， 

sp buffers[2];

    1.3.1 屏幕设备支持page filp模式

    目前的android系统默认要求屏幕设备给系统映射2个屏幕大小的缓存区，以便支持page flip模式，如果屏幕设备支持page flip模式，那么 FramebufferNativeWindow中buffers将分别指向一个屏幕大小的屏幕设备缓存区。

// create a "fake" handles for it
intptr_t vaddr = intptr_t(m->framebuffer->base);
private_handle_t* hnd = new private_handle_t(dup(m->framebuffer->fd), size,
                                             private_handle_t::PRIV_FLAGS_USES_PMEM |
                                             private_handle_t::PRIV_FLAGS_FRAMEBUFFER);

// find a free slot
for (uint32_t i=0 ; i
    if ((bufferMask & (1LU<
        m->bufferMask |= (1LU<
        break;
    }
    vaddr += bufferSize;
}

hnd->base = vaddr;
hnd->offset = vaddr - intptr_t(m->framebuffer->base);
*pHandle = hnd;

 

    1.3.2 屏幕设备不支持page flip模式

    在 mapFrameBufferLocked()@hardware/msm7k/libgralloc-qsd8k/framebuffer.cpp中可以得知，如果屏幕设备不支持page flip模式，那么numBuffer值将为1而不是2，那么映射过来的屏幕缓存区将只有一个屏幕大小，不够支持page flip模式，那么此时将不使用这一个屏幕大小的屏幕缓存区，而改为去dev/pmem设备去申请。

gralloc_alloc_framebuffer_locked()@hardware/msm7k/libgralloc-qsd8k/gpu.cpp

    const uint32_t bufferMask = m->bufferMask;
    const uint32_t numBuffers = m->numBuffers;
    const size_t bufferSize = m->finfo.line_length * m->info.yres;
    if (numBuffers == 1) {
        // If we have only one buffer, we never use page-flipping. Instead,
        // we return a regular buffer which will be memcpy'ed to the main
        // screen when post is called.
        int newUsage = (usage & ~GRALLOC_USAGE_HW_FB) | GRALLOC_USAGE_HW_2D;
        return gralloc_alloc_buffer(bufferSize, newUsage, pHandle);
    }

    2. 打开Overlay

    同选择gralloc library相似，根据属性值来选择何时的overlay库，如果vendor厂商没有提供overlay库的话，那么系统将使用默认的overlay库overlay.default.so。同样的我们获得overlay库的HAL_MODULE_INFO_SYM结构体，作为系统调用overlay的接口。

if (hw_get_module(OVERLAY_HARDWARE_MODULE_ID, &module) == 0) {
    overlay_control_open(module, &mOverlayEngine);
}

    3. 选择OpenGL ES library(也即软/硬件加速)

    OpenGL (Open Graphics Library)[3] is a standard specification defining a cross-language, cross-platform API for writing applications that produce 2D and 3D computer graphics. The interface consists of over 250 different function calls which can be used to draw complex three-dimensional scenes from simple primitives. OpenGL was developed by Silicon Graphics Inc. (SGI) in 1992[4] and is widely used in CAD, virtual reality, scientific visualization, information visualization, flight simulation, and video games. OpenGL is managed by the non-profit technology consortium Khronos Group.。

    android是默认支持OpenGL ES软件加速的，library为libGLES_android，源码路径为frameworks\base\opengl\libagl；如果手机设备支持硬件加速的话，那么复杂的图像处理工作将交由GPU去处理，那么效率将大大提高。但是如果系统真的存在硬件加速，它是如何选择何时用软件加速？何时用硬件加速的呢？

    如何查看是否有GPU来实现硬件加速，很容易查看/system/lib/egl/egl.cfg文件内容

0 0 android
0 1 adreno200

    因此只要我们的移动设备芯片集成了GPU，并提供了对应的GL图形库，那么我们就可以在我们的工程中device目录下的egl.cfg文件中加入类似上面的配置，那么我们的系统就会支持硬件加速。

如adreno200 GPU提供的GL图形库：

libGLESv1_CM_adreno200.so
libGLESv2_adreno200.so
libEGL_adreno200.so

    那么假如我们的系统中软硬件加速都支持了，那么我们从代码来看能不能让用户自由的选择加速类型，我们带着问题来研究一下代码。

   3.1 OpenGL初始化

    在调用不管是软件加速的还是硬件加速的OpenGL api之前，我们都需要把软硬两种模式的各自的OpenGL api提取出来，抽象出一个interface来供系统使用，这个过程我称之为OpenGL初始化过程。

    软硬两种模式的OpenGL api被分别指定到了一个全局数组的对应位置。
frameworks/base/opengl/libs/EGL/egl.cpp

static egl_connection_t gEGLImpl[IMPL_NUM_IMPLEMENTATIONS];

enum {
    IMPL_HARDWARE = 0,
    IMPL_SOFTWARE,
    IMPL_NUM_IMPLEMENTATIONS
};

gEGLImpl[IMPL_HARDWARE]中保存着硬件图形设备的OpenGL api地址，从

libGLESv1_CM_adreno200.so
libGLESv2_adreno200.so
libEGL_adreno200.so

这3个库中获得；gEGLImpl[IMPL_SOFTWARE]中保存着软件的OpenGL api地址，从libGLES_android.so中获取。

这部分代码在egl_init_drivers_locked()@frameworks/base/opengl/libs/EGL/egl.cpp

3.2 EGL和GLES api

    在OpenGL的初始化过程中，OpenGL提供了两套api，分别称为EGL和GLES。android在OPENGL初始化过程中，会将两种不同的接口分开管理，从下面代码中我们可以看到EGL和GLES api地址被存储到了不同的位置。

@frameworks\base\opengl\libs\EGL\Loader.h

enum {
    EGL         = 0x01,
    GLESv1_CM   = 0x02,
    GLESv2      = 0x04
};

load_driver()@frameworks\base\opengl\libs\EGL\Loader.cpp

上面枚举的EGL表示ELG api；GLESvq1_CM表示OpenGL ES 1.0的api；GLESv2表示OpenGL ES 2.0的api。

EGL api地址最终被存储在gEGLImpl[].egl中；

GLESvq1_CM api地址最终被存储在gEGLImpl[].hooks[GLESv1_INDEX]->gl中；

GLESv2 api地址最终被存储在gEGLImpl[].hooks[GLESv2_INDEX]->gl中；

3.2.1 EGL api

    EGL is an interface between Khronos rendering APIs such as OpenGL ES or OpenVG and the underlying native platform window system. It handles graphics context management, surface/buffer binding, and rendering synchronization and enables high-performance, accelerated, mixed-mode 2D and 3D rendering using other Khronos APIs.

   上面引用了官方的定义，可以看出，EGL是系统和OPENGL ES之间的接口，它的声明在文件frameworks\base\opengl\libs\EGL\egl_entries.in。

3.2.2 GLES

    GLES才是真正的OpenGL ES的api，它的声明我们可以在frameworks\base\opengl\libs\entries.in找到。目前的android系统不但将EGL提供给系统使用，同时将GLES也提供给了系统使用，这个我们可以在最开始的显示系统的结构图中可以看到，surfacefliger和framework的opengl模块均可以访问EGL和GLES接口。

3.3 OpenGL config

    每个OpenGL库都根据不同的像素格式(pixel format)提供了一系统的config，android根据framebuffer中设置的像素格式来选择合适的config，android根据中各config中的属性信息来创建main surface和openGL上下文。

3.3.1 系统默认pixel format

    当前的代码分析是基于gingerbread的，在 mapFrameBufferLocked()@hardware/msm7k/libgralloc-qsd8k/framebuffer.cpp中我们可以找到framebuffer的pixel format的类型

   if(info.bits_per_pixel == 32) {
/*
* Explicitly request RGBA_8888
*/

/* Note: the GL driver does not have a r=8 g=8 b=8 a=0 config, so if we do
* not use the MDP for composition (i.e. hw composition == 0), ask for
* RGBA instead of RGBX. */
if (property_get("debug.sf.hw", property, NULL) > 0 && atoi(property) == 0)
    module->fbFormat = HAL_PIXEL_FORMAT_RGBX_8888;
else if(property_get("debug.composition.type", property, NULL) > 0 && (strncmp(property, "mdp", 3) == 0))
    module->fbFormat = HAL_PIXEL_FORMAT_RGBX_8888;
else
    module->fbFormat = HAL_PIXEL_FORMAT_RGBA_8888;
   } else {
/*
* Explicitly request 5/6/5
*/
module->fbFormat = HAL_PIXEL_FORMAT_RGB_565;
   }

目前的移动设备都是真彩色，所以这里我们认为我们的屏幕设备支持的是HAL_PIXEL_FORMAT_RGBA_8888。

    

3.3.2 config初始化

所有的OpenGL库提供的config，同样需要将软硬两种模式的各自的OpenGL config提取出来供系统使用，如同OpenGL api地址一样。OpenGL config提取出来后保存在另外一个全局变量

static egl_display_t gDisplay[NUM_DISPLAYS];

//  EGLDisplay are global, not attached to a given thread
const unsigned int NUM_DISPLAYS = 1;

中，不同于gEGLImpl分开保存软硬件api，所有的config，不论软硬件的，均保存在gDisplay[0]，因为所有的config是以屏幕区分的，同一块屏幕应该保存同一份config信息。

在提取出的openGL的config时，会保存到gDisplay[0].config中，在这儿有一个很tricky的实现，它保证了硬件加速器的优先使用！

// sort our configurations so we can do binary-searches
        qsort(  dp->configs,
                dp->numTotalConfigs,
                sizeof(egl_config_t), cmp_configs);

最终，上述代码会将gDisplay[0].config中的配置按照先硬件的，后软件的规则做一个总体的排序。

代码在eglInitialize()@frameworks/base/opengl/libs/EGL/egl.cpp

3.3.3 config选择

上文说到，android会根据framebuffer的pixel format信息来获取对应的config，这个过程只选择一个合适的config，选到为止。

3.3.3.1 满足属性要求

并不是所有的config都可以被选择，首先这个config的属性需要满足

init()@DisplayHardware.cpp

// initialize EGL
EGLint attribs[] = {
        EGL_SURFACE_TYPE,   EGL_WINDOW_BIT,
        EGL_NONE,           0,
        EGL_NONE
};

3.3.3.2 满足RGBA要求

在pixelflinger中，为系统提供了各个pixel format的基本信息，RGBA值，字节数/pixel,位数/pixel。

system/core/libpixelflinger/format.cpp

static GGLFormat const gPixelFormatInfos[] =
{   //          Alpha    Red     Green   Blue
    {  0,  0, {{ 0, 0,   0, 0,   0, 0,   0, 0 }},        0 },   // PIXEL_FORMAT_NONE
    {  4, 32, {{32,24,   8, 0,  16, 8,  24,16 }}, GGL_RGBA },   // PIXEL_FORMAT_RGBA_8888

android会根据pixelflinger的pixel format信息，去和openGL的config比较，得到想要的config。

selectConfigForPixelFormat()@frameworks/base/libs/ui/EGLUtils.cpp

EGLConfig* const configs = (EGLConfig*)malloc(sizeof(EGLConfig)*numConfigs);
if (eglChooseConfig(dpy, attrs, configs, numConfigs, &n) == EGL_FALSE) {
    free(configs);
    return BAD_VALUE;
}

const int fbSzA = fbFormatInfo.getSize(PixelFormatInfo::INDEX_ALPHA);
const int fbSzR = fbFormatInfo.getSize(PixelFormatInfo::INDEX_RED);
const int fbSzG = fbFormatInfo.getSize(PixelFormatInfo::INDEX_GREEN);
const int fbSzB = fbFormatInfo.getSize(PixelFormatInfo::INDEX_BLUE);

int i;
EGLConfig config = NULL;
for (i=0 ; i
    EGLint r,g,b,a;
    EGLConfig curr = configs[i];
    eglGetConfigAttrib(dpy, curr, EGL_RED_SIZE,   &r);
    eglGetConfigAttrib(dpy, curr, EGL_GREEN_SIZE, &g);
    eglGetConfigAttrib(dpy, curr, EGL_BLUE_SIZE,  &b);
    eglGetConfigAttrib(dpy, curr, EGL_ALPHA_SIZE, &a);
    if (fbSzA <= a && fbSzR <= r && fbSzG <= g && fbSzB  <= b) {
        config = curr;
        break;
    }
}

    4. 创建main surface

    要让OpenGL进行图形处理，那么需要在OpenGL中创建一个openGL surface。代码在eglCreateWindowSurface()@ frameworks/base/opengl/libs/EGL/egl.cpp

调用当前的config所处的openGL库的api来创建surface。通过validate_display_config()方法来获取当前config的openGL api。

创建的surface会和FramebufferNativeWindow关联到一起。

    5. 创建 OpenGL ES 上下文

    An OpenGL context represents many things. A context stores all of the state associated with this instance of OpenGL. It represents the (potentially visible) default framebufferthat rendering commands will draw to when not drawing to a framebuffer object. Think of a context as an object that holds all of OpenGL; when a context is destroyed, OpenGL is destroyed.

   http://www.opengl.org/wiki/OpenGL_context

 具体的创建过程专业术语太多，也没有仔细研究不再介绍。

    6. 绑定context和surface

    有了surface，有了 FramebufferNativeWindow，有了context，基本上与图形系统相关的概念都有了，下一步就是把这几个概念关联起来，在创建surface时已经将surface和FramebufferNativeWindow关联了起来。

    eglMakeCurrent()@ frameworks/base/opengl/libs/EGL/egl.cpp

6.1 多线程支持

OpenGL 提供了多线程的支持，有以下2点的支持：

1. 一个Context只能被一个线程使用，不能存在多个线程使用同一个context。因此在多线层操作中使用到了TLS技术，即Thread-local storage，来保证context被唯一使用。

makeCurrent()@frameworks/base/opengl/libs/libagl/egl.cpp

    ogles_context_t* current = (ogles_context_t*)getGlThreadSpecific();
    if (gl) {
        egl_context_t* c = egl_context_t::context(gl);
        if (c->flags & egl_context_t::IS_CURRENT) {
            if (current != gl) {
                // it is an error to set a context current, if it's already
                // current to another thread
                return -1;
            }
        } else {
            if (current) {
                // mark the current context as not current, and flush
                glFlush();
                egl_context_t::context(current)->flags &= ~egl_context_t::IS_CURRENT;
            }
        }
        if (!(c->flags & egl_context_t::IS_CURRENT)) {
            // The context is not current, make it current!
            setGlThreadSpecific(gl);
            c->flags |= egl_context_t::IS_CURRENT;
        }

2. 在同一进程中，对于不同的线程对OpenGL库的访问，可能使用的GLES api version不同，同样可以使用TLS技术来保证多线程过程中，不同线程调用各自的GLES api。

前面我们介绍过GLES api地址被存放在gEGLImpl[].hooks[VERSION]->gl中，因此为保证多线程支持，android将gEGLImpl[].hooks[VERSION]保存到了TLS中，这样就实现了不同线程各自调用各自版本的GLES api。

eglMakeCurrent()@frameworks/base/opengl/libs/EGL/egl.cpp

// cur_c has to be valid here (but could be terminated)
if (ctx != EGL_NO_CONTEXT) {
    setGlThreadSpecific(c->cnx->hooks[c->version]);
    setContext(ctx);
    _c.acquire();
} else {
    setGlThreadSpecific(&gHooksNoContext);
    setContext(EGL_NO_CONTEXT);
}

尽管openGL 实现了多线程的支持，目前我从代码中别没有找到多线程的使用。

6.2 设置surface和context之间的关系

由于vendor厂商提供的GPU的GLES库是不可见的，因此以libGLES_android.so软件加速为例来说明这个过程。

contex中保存着两个surface，read和draw，多少情况下这两个surface为同一个surface。

设置FramebufferNativeWindow中Buffers[2]之一为surface的数据区， 通过connect()和bindDrawSurface()。最终的形态如下图所示：

在init()@DisplayHardware.cpp中，在绑定surface和context之后，马上在当前线程中unbind了context，通过

// Unbind the context from this thread
eglMakeCurrent(display, EGL_NO_SURFACE, EGL_NO_SURFACE, EGL_NO_CONTEXT);

这么做的目的应该是支持多display系统中的特殊处理，目的是当系统有多个display系统的话，那么surfaceflinger就会去定义多个DisplayHardware对象，那么为了保证下一个DisplayHardware对象的创建不受影响，在当前的DisplayHardware创建完成后，将context从当前的进程中unbind掉。

不过没关系，在所有的DisplayHardware创建完成之后，surfaceflinger会重新bind 主Display系统的context和surface。

readyToRun()@SurfaceFlinger.cpp

// initialize primary screen
// (other display should be initialized in the same manner, but
// asynchronously, as they could come and go. None of this is supported
// yet).
const GraphicPlane& plane(graphicPlane(dpy));
const DisplayHardware& hw = plane.displayHardware();
const uint32_t w = hw.getWidth();
const uint32_t h = hw.getHeight();
const uint32_t f = hw.getFormat();
hw.makeCurrent();

下图为这个图形系统的类图结构。

 

    前一篇文章介绍了android的显示系统，这篇文章中，我们把视角往上层移动一下，研究一下framework是如何与surfaceflinger进行业务交互的。如何创建surface，如何显示窗口等等，所有的这一切都是通过系统服务WindowManagerService与surfaceflinger来进行的。

    android中的Surface机制这一块代码写的比较难理解，光叫Surface的类就有3个，因此本篇文章从两部分来分析，首先，想要理解Surface机制，还是需要首先理清各个类之间的关系。其次，在理解了整个Surface机制的类关系之后，到时我们再结合前一篇文章中对显示系统的介绍，研究一下一个Surface是如何和显示系统建立起联系来的，这个联系主要是指Surface的显示buffer的存储管理。在下篇文章中，再分析SurfaceFlinger是如何将已经存储了窗口图形数据的Surface Buffer显示到显示系统中。。

1. Surface机制的静态关系

    将这一部分叫做Surface机制，是有别于SurfaceFlinger而言的，android的图形系统中，作为C/S模型两端的WMS和SurfaceFlinger是图形系统业务的核心，但是不把WMS和SurfaceFlinger中间的这层联系搞清楚的话，是很难理解整个图形系统的，在本文中我将两者之间的这个联系关系称之为Surface机制，它的主要任务就是创建一个Surface，ViewRoot在这个Surface上描绘当前的窗口，SurfaceFlinger将这个Surface flinger(扔)给显示系统将其呈现在硬件设备上。其实这里这个Surface在不同的模块中是以不同的形态存在的，唯一不变的就是其对应的显示Buffer。

    

1.1 ViewRoot和WMS共享Surface

    我们知道每个Activity都会有一个ViewRoot作为Activity Window与WMS交互的接口，ViewRoot会绘制整个Activity的窗口View到Surface上，因此我们在ViewRoot中就有了创建Surface的需求。看一下代码中的Surface的定义：

relayoutWindow()@ViewRoot.java

private final Surface mSurface = new Surface();

Surface()@Surface.java

public Surface() {
        if (DEBUG_RELEASE) {
            mCreationStack = new Exception();
        }
        mCanvas = new CompatibleCanvas();
    }

    由上面可以看出在ViewRoot中定义的Surface只是一个空壳，那么真正的Surface是在哪里被初始化的呢？大管家WMS中！当ViewRoot请求WMS relayout时，会将ViewSurface中的Surface交给WMS初始化。在WMS中，对应每个WindowState对象，在relayout窗口时，同样会创建一个Surface，wms中的这个Surface会真正的初始化，然后再将这个WMS Surface复制给ViewRoot中的Surface。这么实现的目的就是保证ViewRoot和WMS共享同一个Surface。ViewRoot对Surface进行绘制，WMS对这个Surface进行初始化及管理。很和谐！

relayoutWindow()@ViewRoot.java

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);

relayoutWindow()@WindowManagerService.java

Surface surface = win.createSurfaceLocked();
                    if (surface != null) {
                        outSurface.copyFrom(surface);
                        win.mReportDestroySurface = false;
                        win.mSurfacePendingDestroy = false;
                        if (SHOW_TRANSACTIONS) Slog.i(TAG,
                                "  OUT SURFACE " + outSurface + ": copied");
                    } else {

1.2 SurfaceSession

    SurfaceSession可以认为是创建Surface过程中，WMS和SurfaceFlinger之间的会话层，通过这个SurfaceSession实现了Surface的创建。

    

    SurfaceSession是JAVA层的概念，@SurfaceSession.java。它对应的native实体是一个SurfaceComposerClient对象。

    SurfaceComposerClient通过ComposerService类来获得SurfaceFlinger的IBinder接口，但是光获得SurfaceFlinger的IBinder接口是不够的，要想请求SurfaceFlinger创建一个Surface，还需要向SurfaceFlinger获得一个IBinder接口ISurfaceComposerClient，通过这个ISurfaceComposerClient来请求SurfaceFlinger创建一个Surface，为什么这么绕呢，为什么不直接让SurfaceFlinger创建Surface呢？

    站在SurfaceFlinger的角度来考虑，对于SurfaceFlinger来说，可能有多个Client来请求SurfaceFlinger的业务，每个Client可能会请求SurfaceFlinger创建多个Surface，那么SurfaceFlinger本地需要提供一套机制来保存每个client请求创建的Surface，SurfaceFlinger通过为每个client创建一个Client对象实现这个机制，并将这个Client的IBinder接口ISurfaceComposerClient返给SurfaceComposerClient对象。SurfaceComposerClient对象在通过ISurfaceComposerClient去请求创建Surface。

@SurfaceFlinger.h

class Client : public BnSurfaceComposerClient

@SurfaceComposerClient.cpp

void SurfaceComposerClient::onFirstRef()
{
    sp sm(getComposerService());
    if (sm != 0) {
        sp conn = sm->createConnection();
        if (conn != 0) {
            mClient = conn;
            Composer::addClient(this);
            mPrebuiltLayerState = new layer_state_t;
            mStatus = NO_ERROR;
        }
    }
}

   下图描述了整个SurfaceSession的内部结构与工作流程。

其中蓝色箭头是SurfaceComposerClient通过ComposerService获得SurfaceFlinger的IBinder接口ISurfaceComposer过程；

红色箭头表示SurfaceComposerClient通过IPC请求SurfaceFlinger创建Client的过程，并获得Client的IBinder接口ISurfaceComposerClient；

绿色箭头表示SurfaceComposerClient通过IPC请求Client创建Surface。

1.3 Surface的形态

    上一节我们分析了SurfaceSession的静态结构，得知Surface的创建过程是通过SurfaceSession这个中间会话层去请求SurfaceFlinger去创建的，并且这篇文章中，我们说了半天Surface了，那么究竟我们要创建的Surface究竟是什么样的一个东西呢，它的具体形态是什么呢？这一小节我们就来分析以下Surface的形态。

1.3.1 client端Surface的形态

    首先，我们看一下Surface在WMS中定义的代码

createSurfaceLocked()@WindowManagerService.java

mSurface = new Surface(
        mSession.mSurfaceSession, mSession.mPid,
        mAttrs.getTitle().toString(),
        0, w, h, mAttrs.format, flags);

我们可以看到，它将SurfaceSession对象当作参数传递给了Surface的构造函数。往下看Surface的构造函数。

@Surface.java

public Surface(SurfaceSession s,
        int pid, int display, int w, int h, int format, int flags)
    throws OutOfResourcesException {
    if (DEBUG_RELEASE) {
        mCreationStack = new Exception();
    }
    mCanvas = new CompatibleCanvas();
    init(s,pid,null,display,w,h,format,flags);
}

    这个构造函数，不同于我们在ViewRoot中看到的Surface的构造函数，这个构造函数并不是一个空壳，它做了本地实体的初始化工作，因此这个Surface才是一个真正的Suface。

Native 函数init回调到SurfaceComposerClient的createSurface()函数，往下的过程在上一节的图中描述的很清楚，流程就不介绍了，同时我们先不管SurfaceFlinger为SurfaceComposerClient创建的Surface到底是一个什么东西，我们先看看SurfaceComposerClient为WMS创建的是一个什么东西？

@SurfaceComposerClient.cpp

sp SurfaceComposerClient::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) {
        ISurfaceComposerClient::surface_data_t data;
        sp surface = mClient->createSurface(&data, pid, name,
                display, w, h, format, flags);
        if (surface != 0) {
            result = new SurfaceControl(this, surface, data, w, h, format, flags);
        }
    }
    return result;
}

    从上面的代码我们可以看出，SurfaceComposerClient为WMS返回的是一个SurfaceControl对象，这个SurfaceControl对象包含了surfaceFlinger为SurfaceComposerClient创建的surface,这个surfaceFlinge创建的Surface在Client端的形态为ISurface。这个过程下面分析SurfaceFlinger端的Surface形态时会看到。

    SurfaceControl类中还有一个非常重要的成员，它的类型也叫做Surface,定义在frameworks/base/libs/surfaceflinger/Surface.h。这个Surface提供了显示Buffer的管理。在文章的后面再介绍。

@frameworks/base/libs/surfaceflinger_client/Surface.cpp

sp SurfaceControl::getSurface() const
{
    Mutex::Autolock _l(mLock);
    if (mSurfaceData == 0) {
        mSurfaceData = new Surface(const_cast(this));
    }
    return mSurfaceData;
}

1.3.2 SurfaceFlinger端Surface形态

SurfaceFlinger::[email protected]  

sp normalLayer;
switch (flags & eFXSurfaceMask) {
    case eFXSurfaceNormal:
        if (UNLIKELY(flags & ePushBuffers)) {
            layer = createPushBuffersSurface(client, d, w, h, flags);
        } else {
            normalLayer = createNormalSurface(client, d, w, h, flags, format);
            layer = normalLayer;
        }
        break;
    case eFXSurfaceBlur:
        layer = createBlurSurface(client, d, w, h, flags);
        break;
    case eFXSurfaceDim:
        layer = createDimSurface(client, d, w, h, flags);
        break;
}

if (layer != 0) {
    layer->initStates(w, h, flags);
    layer->setName(name);
    ssize_t token = addClientLayer(client, layer);

    surfaceHandle = layer->getSurface();
    if (surfaceHandle != 0) {
        params->token = token;
        params->identity = surfaceHandle->getIdentity();
        params->width = w;
        params->height = h;
        params->format = format;
        if (normalLayer != 0) {
            Mutex::Autolock _l(mStateLock);
            mLayerMap.add(surfaceHandle->asBinder(), normalLayer);
        }
    }

    当client请求SurfaceFlinger创建Surface时，SurfaceFlinger首先根据WMS提供的窗口的属性来一个命名为Layer概念的对象，然后再根据Layer创建它的子类对象LayerBaseClient::Surface。此时第三个名为Surface类出现了，下一节我们来介绍一下这个Layer的概念。

   

1.4 Layer       

    

1.4.1 Layer的分类

    目前，android中有4中Layer类型，如上图所示。  

    1. Layer, 普通的Layer，它为每个Client端请求的Surface创建显示Buffer。

    2. LayerBuffer，这种Layer它并不会创建显示Buffer，它只是使用已有的Buffer作为显示Buffer，如Camera的preview；

    3. LayerBlur，这种Layer也不会创建显示Buffer，它只是将通过这个Layer将原来FrameBuffer上的数据进行模糊处理；

    4. LayerDim，这种Layer也不会创建显示Buffer，它只是将通过这个Layer将原来FrameBuffer上的数据进行暗淡处理；

     从这中Layer看出，我们分析的重点就是第一种Layer，下面我们着重分析一下普通的Layer。Layer的具体业务我们在下一篇文章中分析

1.4.2 Layer的管理

    上文我们在分析SurfaceSession的时候，也分析过，一个Client可能会创建多个Surface，也就是要创建多个Layer，那么SurfaceFlinger端如何管理这个写个Layer呢？SurfaceFlinger维护了2个Vector来管理Layer。

    第一种方式，我们知道SurfaceFlinger会为每个SurfaceSession创建一个Client对象，这第一种方式就是将所有为某一个SurfacSession创建的Layer保存在它对应的Client对象中。

SurfaceFlinger::createSurface()@SurfaceFlinger.cpp

ssize_t token = addClientLayer(client, layer);

    第二种方式，将所有的创建的普通的Layer保存起来，以便Client Surface在请求实现Buffer时能够辨识Client Surface对应的Layer。

SurfaceFlinger::createSurface()@SurfaceFlinger.cpp

mLayerMap.add(surfaceHandle->asBinder(), normalLayer);

2. Surface 显示Buffer的存储管理

    在前文介绍Client端的Surface形态的内容时，我们提到SurfaceControl中还会维护一个名为Surface对象，它定义在 frameworks/base/libs/surfaceflinger/Surface.h中，它负责向LayerBaseClient::Surface请求显示Buffer，同时将显示Buffer交给JAVA Surface的Canvas去绘制窗口，我们称这个Surface为Client Surface。

2.1 窗口绘制

    我们先从ViewRoot中分析一下，它是如何显示窗口View的，如何用到Client Surface请求的显示Buffer的。

draw()@ViewRoot.java

Canvas canvas;
            try {
                int left = dirty.left;
                int top = dirty.top;
                int right = dirty.right;
                int bottom = dirty.bottom;
                canvas = surface.lockCanvas(dirty);

                if (left != dirty.left || top != dirty.top || right != dirty.right ||
                        bottom != dirty.bottom) {
                    mAttachInfo.mIgnoreDirtyState = true;
                }

                // TODO: Do this in native
                canvas.setDensity(mDensity);

  上面的代码显示，JAVA Surface 会lock canvas。而Client Surface的创建就在这个过程中，即下面代码中的第一行getSurface().我们先不管Client Surface的创建，先看看Canvas是如何与Client Surface的显示Buffer关联的。

 

static jobject Surface_lockCanvas(JNIEnv* env, jobject clazz, jobject dirtyRect)
{
    const sp& surface(getSurface(env, clazz));
    if (!Surface::isValid(surface))
        return 0;


    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.format == PIXEL_FORMAT_RGBX_8888) {
        bitmap.setIsOpaque(true);
    }
    if (info.w > 0 && info.h > 0) {
        bitmap.setPixels(info.bits);
    } else {
        // be safe with an empty bitmap.
        bitmap.setPixels(NULL);
    }
    nativeCanvas->setBitmapDevice(bitmap);

    SkRegion clipReg;
    if (dirtyRegion.isRect()) { // very common case
        const Rect b(dirtyRegion.getBounds());
        clipReg.setRect(b.left, b.top, b.right, b.bottom);
    } else {
        size_t count;
        Rect const* r = dirtyRegion.getArray(&count);
        while (count) {
            clipReg.op(r->left, r->top, r->right, r->bottom, SkRegion::kUnion_Op);
            r++, count--;
        }
    }

    nativeCanvas->clipRegion(clipReg);

    int saveCount = nativeCanvas->save();
    env->SetIntField(clazz, so.saveCount, saveCount);

    if (dirtyRect) {
        const Rect& bounds(dirtyRegion.getBounds());
        env->SetIntField(dirtyRect, ro.l, bounds.left);
        env->SetIntField(dirtyRect, ro.t, bounds.top);
        env->SetIntField(dirtyRect, ro.r, bounds.right);
        env->SetIntField(dirtyRect, ro.b, bounds.bottom);
    }

    return canvas;
}

    上面的代码，我们可以看出，Canvas的Bitmap设备的设置了Client Surface的显示Buffer为其Bitmap pixel存储空间。

bitmap.setPixels(info.bits);

    这样Canvas的绘制空间就有了。下一步就该绘制窗口了。

draw()@ViewRoot.java

try {
    canvas.translate(0, -yoff);
    if (mTranslator != null) {
        mTranslator.translateCanvas(canvas);
    }
    canvas.setScreenDensity(scalingRequired
            ? DisplayMetrics.DENSITY_DEVICE : 0);
    mView.draw(canvas);
}

其中ViewRoot中的mView为整个窗口的DecorView。

2.2 Client Surface的初始化

    Client Surface的创建是从ViewRoot首次Lock canvas时进行的，这么做的目的可能也是为了节约空间，减少不必要的开支。

    Client Surface的初始化和显示Buffer的管理过程比较复杂，下图给出了这一部分的一个静态结构图，有些东西从图上表现不出来，下面我简单的介绍一下。

2.2.1 SharedClient

    SharedClient是这一部分实现的关键所在，它并不是一个每个Client Surface创建时都会被创建的，整个系统中只有一个SharedClient对象，并且它是在共享内存上创建的，下面代码中可以看出，UserClient在初始化时，提供了一个MemoryHeapBase来供SharedClient创建，MemoryHeapBase是创建的共享内存。

@SurfaceFlinger.cpp

UserClient::UserClient(const sp& flinger)
    : ctrlblk(0), mBitmap(0), mFlinger(flinger)
{
    const int pgsize = getpagesize();
    const int cblksize = ((sizeof(SharedClient)+(pgsize-1))&~(pgsize-1));

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

    ctrlblk = static_cast(mCblkHeap->getBase());
    if (ctrlblk) { // construct the shared structure in-place.
        new(ctrlblk) SharedClient;
    }
}

    SharedClient对象的主要目的其实很简单，就是为系统提供了SharedBufferStack::NUM_LAYERS_MAX(GB上为31)个SharedBufferStack。也就是目前系统同时支持31个Client Surface的创建。关于SharedBufferStack下面再做介绍。

   为什么需要将SharedClient设计为共享内存呢？每个Client Surface需要的SharedBufferStack寄存在SharedClient中，而对于每个SharedBufferStack，一方面，Client Surface需要对它进行一些区域尺寸等的设置；另一方面，在render时，Layer需要获得当前Client Surfce对应的SharedBufferStack中获得区域尺寸等设置信息。

class [email protected]

SharedBufferStack surfaces[ SharedBufferStack::NUM_LAYERS_MAX ];

2.2.2 SharedBufferStack

    SharedBufferStack在这个模块中所处的地位在上一小节中介绍了，下面主要介绍一下它的作用。

    1. 设置当前窗口要显示的区域等信息；

class SharedBufferStack@SharedBufferStack.h

status_t setDirtyRegion(int buffer, const Region& reg);
status_t setCrop(int buffer, const Rect& reg);
status_t setTransform(int buffer, uint8_t transform);

    2. android的图形系统中提供了两个显示Buffer，从上图中我们可以看出Client Surface有2个GraphicBuffer，2个Buffer其中一个显示，称之为Front Buffer，另外一个交给ViewRoot去绘制窗口，称之为Back Buffer。等BackBuffer绘制完成，SurfaceFlinger在将两者调换，这样就大大提高了显示的效率，具体过程下篇文章介绍。

    而SharedBufferStack第二个很重要的作用就是提供了一套机制来实现这个调换的过程，以保证提供给ViewRoot的Buffer符合当前Buffer轮转的要求。通过SharedBufferClient::tail和 

class SharedBufferStack@SharedBufferStack.h

volatile int32_t head;      // server's current front buffer
volatile int32_t available; // number of dequeue-able buffers

这几个变量的值来确定Client Surface中GraphicBuffer的索引，其中SharedBufferClient::tail记录的是BackBuffer的索引；SharedBufferStack::head记录的是FrontBuffer的索引。

2.2.3 Client Surace GraphicBuffer的请求

    这里将Client Surface的GraphicBuffer的创建过程以时序图的形式展现出来。

    这里需要注意的是，Client Surface的2个GraphicBuffer只有在lock()时才会去创建，而不是在Client Surface被创建的时候创建的。

 

    上一篇文章介绍了整个Surface机制(我是这么称呼的，主要是Surface的建立，Surface的显示存储的管理)，同时我们也介绍过了整个显示系统，那么这篇文章就介绍一下SurfaceFlinger 这个核心服务层的机制。

    从代码中我们可以看出SurfaceFlinger 是一个thread，运行在system_server进程中，并且其threadLoop()方法的返回值为true，因此它是一个循环的loop。这样保证了SurfaceFlinger业务的循环周期性。

    首先，先来个综述，下图是我总结的一个SurfaceFlinger结构的概括图：

1. SurfaceFlinger的同步

    SurfaceFlinger 并不是时时刻刻都在执行业务中，当WMS请求SurfaceFlinger创建Surface，或者WMS对Surface进行属性设置时，我们希望此时的SurfaceFlinger并不进行显示操作，以保证对Surface的线程保护，因此SurfaceFlinger 的loop中实现了同步机制。

waitForEvent();

waitForEvent();

    主要的同步情况有如下几种，当然也有其他一些要求SurfaceFlinger同步的情况，不够对于研究SurfaceFlinger就不太重要了

    1. 创建Surface同步

    假如当前只有一个Client，比如WMS请求SufaceFlinger创建一个Surface，那么此时应该保持SurfaceFlinger loop处在block状态，因为这个过程涉及到对一些成员变量的处理，为了保证同步而需要hold住整个loop。

    2. 设置Surface属性或SurfaceFlinger属性同步

    创建完Surface之后，WMS会请求SurfaceFlinger对其Layer进行属性设置或者对SurfaceFlinger的属性进行设置，如上面概括图中SurfaceComposerClient中的函数接口。

    3. Surface绘制同步

    当ViewRoot对Surface进行绘制时，同样需要将SurfaceFlinger hold住，当整个窗口绘制完成之后，再向SurfaceFlinger发送signal信号。如下面时序图所示。

    

    4. freeze/unfreeze同步

   当每个Activity启动的时候，AMS都会请求WMS freeze整个屏幕，当Activity启动之后，再unfreeze整个屏幕，我猜测这么做的目的是为了保证在Activity以及Activity的窗口在创建过程中，对Activity窗口的Surface进行的线程保护，以免出现屏幕的闪烁等用户体验较差的现象。

2. Layer存储

    在SurfaceFlinger中，Layer是怎么样存储的呢？所有的Layer，不论是那个Client创建的Layer，均保存在一个名为layersSortedByZ的变量中，也就是说WMS请求创建的Surface的Layer和其他Client请求创建的Layer都保存在layersSortedByZ中，但是layersSortedByZ保存过程中则遵守一定的规则。下面代码中的do_compare揭示了这个规则。

@SurfaceFlinger.h

class LayerVector : public SortedVector< sp > {
public:
    LayerVector() { }
    LayerVector(const LayerVector& rhs) : SortedVector< sp >(rhs) { }
    virtual int do_compare(const void* lhs, const void* rhs) const {
        const sp& l(*reinterpret_cast<const sp*>(lhs));
        const sp& r(*reinterpret_cast<const sp*>(rhs));
        // sort layers by Z order
        uint32_t lz = l->currentState().z;
        uint32_t rz = r->currentState().z;
        // then by sequence, so we get a stable ordering
        return (lz != rz) ? (lz - rz) : (l->sequence - r->sequence);
    }
};

  每次向layersSortedByZ中添加新的Layer，都会做一次排序，按照规则将其放在合适的位置。

    1. 首先，按照Layer的Z-order值来排序，Z-order值小的，放在layersSortedByZ低索引值位置；

    2. 其次，如果两个Layer Z-order值相同，sequence值小的，放在layersSortedByZ低索引值位置；

    Z-order值如何确定？

    WMS根据不同的Window Type来确定Z-order值，Z-order = LAYER*TYPE_LAYER_MULTIPLIER +　TYPE_LAYER_OFFSET。

根据下面代码中的不同的Window Type的LAYER值，可以确定Z-order值，例如TYPE_APPLICATION窗口，其

Z-order = 2*10000+1000 = 21000。

    @PhoneWindowManager.java

// wallpaper is at the bottom, though the window manager may move it.
 static final int WALLPAPER_LAYER = 2;
 static final int APPLICATION_LAYER = 2;
 static final int PHONE_LAYER = 3;
 static final int SEARCH_BAR_LAYER = 4;
 static final int STATUS_BAR_PANEL_LAYER = 5;
 static final int SYSTEM_DIALOG_LAYER = 6;
 // toasts and the plugged-in battery thing
 static final int TOAST_LAYER = 7;
 static final int STATUS_BAR_LAYER = 8;
 // SIM errors and unlock.  Not sure if this really should be in a high layer.
 static final int PRIORITY_PHONE_LAYER = 9;
 // like the ANR / app crashed dialogs
 static final int SYSTEM_ALERT_LAYER = 10;
 // system-level error dialogs
 static final int SYSTEM_ERROR_LAYER = 11;
 // on-screen keyboards and other such input method user interfaces go here.
 static final int INPUT_METHOD_LAYER = 12;
 // on-screen keyboards and other such input method user interfaces go here.
 static final int INPUT_METHOD_DIALOG_LAYER = 13;
 // the keyguard; nothing on top of these can take focus, since they are
 // responsible for power management when displayed.
 static final int KEYGUARD_LAYER = 14;
 static final int KEYGUARD_DIALOG_LAYER = 15;
 // things in here CAN NOT take focus, but are shown on top of everything else.
 static final int SYSTEM_OVERLAY_LAYER = 16;
 static final int SECURE_SYSTEM_OVERLAY_LAYER = 17;

    sequence值如何确定？

    sequence值是根据Layer的创建的顺序来维护这个序列值，下面代码中的LayerBase的构造函数中的sequence值，每创建一个Layer，sSequence加一赋值给sequence。

@LayerBase.cpp

int32_t LayerBase::sSequence = 1;

LayerBase::LayerBase(SurfaceFlinger* flinger, DisplayID display)
    : dpy(display), contentDirty(false),
      sequence(uint32_t(android_atomic_inc(&sSequence))),
      mFlinger(flinger),
      mNeedsFiltering(false),
      mOrientation(0),
      mLeft(0), mTop(0),
      mTransactionFlags(0),
      mPremultipliedAlpha(true), mName("unnamed"), mDebug(false),
      mInvalidate(0)
{
    const DisplayHardware& hw(flinger->graphicPlane(0).displayHardware());
    mFlags = hw.getFlags();
    mBufferCrop.makeInvalid();
    mBufferTransform = 0;
}

3. 属性更新

    这一节的所描述的实现都在函数handleTransactionLocked()中。

    从上面概括图中可以看出，WMS可以对SurfaceFlinger进行属性设置，也可以对当前的Surface对应的Layer进行属性设置，因此handleTransactionLocked()函数就是对SurfaceFlinger属性和设置了新属性的Layer的属性更新。

enum {
    eTransactionNeeded      = 0x01,
    eTraversalNeeded        = 0x02
};

    SurfaceFlinger根据这个枚举值来确定handleTransactionLocked()需要更新SurfaceFlinger属性还是layer属性。

    如果SurfaceFlinger属性被设置了新内容，则SurfaceFlinger会记录标志eTransactionNeeded；如果layer属性被设置了新内容，那么
SurfaceFlinger会记录标志eTraversalNeeded。handleTransactionLocked()通过记录的标志来执行各自的属性得更新。‘

    这里提到的属性的更新，主要是看SurfaceFlinger或者laye新设置的属性与旧的属性相比，哪些属性做了修改，然后

记录下来，在接下来的SurfaceFlinger loop中使用新的属性来显示图形。

    类SurfaceFlinger 和Layer中各自定义了两个属性的变量，其中mCurrentState为新设置属性，mDrawingState为显示图形时用到的属性，一般为旧属性。不过类SurfaceFlinger 和Layer分别定义了不同的State类。

State                   mCurrentState;
State                   mDrawingState;

4. 图形缓存

    这一部分的的实现在函数handlePageFlip()中。

    有这么一种可能，当前显示到显示设备上的layer不止一个，而且layer是按照Z-Order的顺序来叠加到OpenGL的surface上的，那么这就需要layer的Z-Order值和坐标来确定每个layer能够被显示的区域。

4.1 page flip

    前面一篇文章中介绍过，每个surface均有2个buffer供使用，一个作为FronteBuffer供SurfaceFlinger去显示，另外一个作为BackBuffer供ViewRoot去绘制窗口。因此在显示各个layer之前，我们需要做一个page flip过程，将当前的已经绘制了应用窗口的BackBuffer选择为FrontBuffer，用于显示；将之前的已经显示完成的FrontBuffer在重置为BackBuffer供ViewRoot去绘制。

   而实现这个page flip的过程很简单

lockPageFlip()@Layer.cpp

ssize_t buf = lcblk->retireAndLock();

SharedBufferServer::RetireUpdate::operator()@SharedBufferStack.cpp

head = (head + 1) % numBuffers;

    

4.2 纹理初始化

    为每个Buffer的纹理进行初始化，为当前的纹理创建一个EGLImageKHR，将当前的Buffer最为该EGLImageKHR的源。这样OpenGL就可以进行纹理映射。

lockPageFlip()@Layer.cpp

/* a buffer was posted, so we need to call reloadTexture(), which
 * will update our internal data structures (eg: EGLImageKHR or
 * texture names). we need to do this even if mPostedDirtyRegion is
 * empty -- it's orthogonal to the fact that a new buffer was posted,
 * for instance, a degenerate case could be that the user did an empty
 * update but repainted the buffer with appropriate content (after a
 * resize for instance).
 */
reloadTexture( mPostedDirtyRegion );

4.3 计算显示区域

    通过layer的叠加，我们可以计算出总的显示区域以及每个layer需要显示的区域，它的实现在computeVisibleRegions()函数中。这个函数主要计算了layer叠加后的总的显示区域，以及每个layer需要显示的区域。整个的计算过程比较简单，只是需要注意不透明区域的处理，computeVisibleRegions()需要计算出一个不透明区域，通过这个不透明区域验证WMS提供给layer的区域是否正确。即下面代码中的mWormholeRegion计算，mWormholeRegion为屏幕区域减去不透明区域，正常情况mWormholeRegion应该为空，即不透明区域范围应该为屏幕区域，如果不透明区域小雨屏幕区域，那么说明当前的应用程序出现了设置的错误。今天有个网友就出现了这个问题。

handlePageFlip()

const Region screenRegion(hw.bounds());
if (visibleRegions) {
    Region opaqueRegion;
    computeVisibleRegions(currentLayers, mDirtyRegion, opaqueRegion);

    /*
     *  rebuild the visible layer list
     */
    mVisibleLayersSortedByZ.clear();
    const LayerVector& currentLayers(mDrawingState.layersSortedByZ);
    size_t count = currentLayers.size();
    mVisibleLayersSortedByZ.setCapacity(count);
    for (size_t i=0 ; i
        if (!currentLayers[i]->visibleRegionScreen.isEmpty())
            mVisibleLayersSortedByZ.add(currentLayers[i]);
    }

    mWormholeRegion = screenRegion.subtract(opaqueRegion);
    mVisibleRegionsDirty = false;
}

    在computeVisibleRegions()叠加计算总的显示范围，layer的计算顺序从上到下的过程计算的，也就是先计算Z-Order值较大的，显示在最上层的layer开始往下计算。这么做的好处就是能够很好的计算出不透明区域的范围。

    在SurfaceFlinger的区域相互之间的操作处理如下:

    

    

    

    

4.4 图形缓存

    前面选择了FrontBuffer、初始化了纹理、计算了layer的显示区域，那么下一步就该将Buffer内容进行图形处理并保存到OpenGL缓存中。

    调用每个layer的draw函数来进行这个操作。如下面代码所示。具体的图形处理过程很复杂，完全交给OpenGL去处理，这里我们就不去关心了。我们只需要知道最终经过图形处理的内容会被缓存到OpenGL的缓存区中。

void SurfaceFlinger::composeSurfaces(const Region& dirty)
{
    if (UNLIKELY(!mWormholeRegion.isEmpty())) {
        // should never happen unless the window manager has a bug
        // draw something...
        drawWormhole();
    }
    const Vector< sp >& layers(mVisibleLayersSortedByZ);
    const size_t count = layers.size();
    for (size_t i=0 ; i
        const sp& layer(layers[i]);
        const Region clip(dirty.intersect(layer->visibleRegionScreen));
        if (!clip.isEmpty()) {
            layer->draw(clip);
        }
    }
}

    从前面的显示系统中，介绍过，Surface的缓存Buffer就是FramebufferNativeWindow中定义的2个Buffer，如果/dev/fb0读取设备信息，如果设备支持page flip，那么Surface的缓存Buffer即从/dev/fb0设备中申请；如果不支持，我们则需要从/dev/pmem中申请，同时/dev/fb0还会提供一个Buffer以便图形最终的显示。

    /dev/fb0不支持page flip模式

    

    /dev/fb0支持page flip模式

    

5. 图形显示

    当图形内容被缓存到frameBuffer中后，最后的一步就是图形显示。代码中很明确就是SurfaceFlinger loop中的postFramebuffer()函数了。

    这个函数最终回调到OpenGL的eglSwapBuffers()函数，这个函数主要有2个步骤(由于硬件加速代码不可见，我们仍然以软件加速为例)

    1. 显示当前缓存buffer中内容；

     首先，将原来的屏幕上的内容与最新需要显示的内容进行区域相减，将原来的内容copy到当前的缓存buffer中；

EGLBoolean egl_window_surface_v2_t::swapBuffers()@frameworks\base\opengl\libagl\egl.cpp

/*
 * Handle eglSetSwapRectangleANDROID()
 * We copyback from the front buffer
 */
if (!dirtyRegion.isEmpty()) {
    dirtyRegion.andSelf(Rect(buffer->width, buffer->height));
    if (previousBuffer) {
        const Region copyBack(Region::subtract(oldDirtyRegion, dirtyRegion));
        if (!copyBack.isEmpty()) {
            void* prevBits;
            if (lock(previousBuffer,
                    GRALLOC_USAGE_SW_READ_OFTEN, &prevBits) == NO_ERROR) {
                // copy from previousBuffer to buffer
                copyBlt(buffer, bits, previousBuffer, prevBits, copyBack);
                unlock(previousBuffer);
            }
        }
    }
    oldDirtyRegion = dirtyRegion;
}

    其次，如果当前的缓存buffer是申请自/dev/fb0,那么直接去显示这个缓存区中内容；如果缓存buffer是申请自/dev/pmem，那么需要将缓存buffer中内容拷贝到/dev/fb0 buffer中去，其结构如上一节所示。

    2. 对2个缓存buffer进行page flip(swap)操作。

    通过 queueBuffer()操作将将当前Buffer交还给FramebufferNativeWindow，同时调用fb_post进行图形显示。然后通过dequeueBuffer()操作获得另外一个FramebufferNativeWindow的缓存Buffer，实现page flip(swap)操作。


 

    至此，整个的SurfaceFlinger的机制就分析完了。