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DirectFB架构等基本知识

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作者联系方式：李先静 <xianjimli at hotmail dot com>

DirectFB是一个庞大的系统，对它进行彻底分析要花不少时间。幸好多数情况下，只要弄清楚它的基本架构，再重点读一些关键的代码，也就差不多了。前几个月为了完善DFB的窗口管理器，我花了一些时间去研究DFB的架构。把其中一些经验写到这里，供有兴趣的朋友参考。

总的说来，DFB由以下几部分组成：

1.         基本库函数。这部分代码在lib目录下，它分为三个部分：

• direct: 里面是一些公共函数，其中包括哈希表、链表、线程、调试信息、signal处理、优化过的memcpy和平台相关的一些函数。
• fusion：它有两个版本，一个是针对单进程的，要求所有应用程序在一个进程中运行，这相对来说比较简单。另外一个是针对多进程的，应用程序可以在多个进程中运行。它实现了一些进程间通信机制，其中包括互斥、共享内存、共享内存中的vector实现、带引用计数的内核对象和reactor等。多进程版本还需要一个内核模块linux-fusion的支持。
• voodoo: 不清楚（若那位高手知道，请补充一下，谢谢）。

2.         对第三方组件库的包装。这部分代码在interfaces目录下。Interfaces可能会引起别人的误解，因为它并不是DFB对外提供的接口，而是把第三方组件纳入DFB的接口。它包括三类：

•    字体。字体有点阵字体和矢量字体之分，矢量字体又有诸如truetype之类几种格式。前者可能比较简单，而后者的处理相当复杂，要借助如freetype等第三方程序库来实现。DFB定义了IDirectFBFont接口来处理字体，在第三方字体程序库上加上一个adapter就可以在DFB中使用了。
• 图片。图片格式的种类很多，像BMP之类的位图处理可能比较简单，而像JPG和PNG等的图片，采用了高级的压缩技术，解压算法比较复杂，通常需要第三方程序库的支持。DFB定义了IDirectFBImageProvider接口来处理图片，在第三方图片程序库上加上一个adapter就可以在DFB中使用了。
• 视频。视频格式更多，解压算法也更复杂，自然也要借助第三方库来实现。DFB定义了IDirectFBVideoProvider接口来处理视频，在第三方视频程序库上加上一个adapter就可以在DFB中使用了。

3.         核心代码。这部分代码在src目录下。它可以分为两大类：

• 核心组件。DFB的core由多个部分组成，每个部分称为一个core_part，都实现同一个接口CorePart。这个接口并不描述它们的功能，而是用于管理的。初看这些函数时，可能会感到有些奇怪。最好要先了解DFB采用的master/slave模型：第一个运行应用程序是master进程，后来运行的应用程序是slave进程。master进程负责初始化和~初始化arena，它只能在所有slave退出之后才能退出。而slave进程则可以随时加入arena，也可以随时退出arena。

1. CoreInitialize： master进程初始化arena。
2. CoreJoin： slave进程进入arena时的初始化。
3. CoreShutdown： master进程~初始化arena。
4. CoreLeave：slave进程离开arena时的~初始化。
5. CoreSuspend：休眠，主要用于省电功能。
6. CoreResume：唤醒，主要用于省电功能。

核心组件包括下面几个组件：

1. dfb_core_clipboard: 剪切板。
2. dfb_core_colorhash：调色板。
3. dfb_core_gfxcard：图形卡，主要完成基本的绘图功能，如绘直线、填充等等。
4. dfb_core_input：输入设备。
5. dfb_core_layers：分层功能，好像要硬件支持，通常都只有一个层。
6. dfb_core_screens：逻辑屏幕(可能像X一样支持多个屏幕吧，不太清楚)。
7. dfb_core_system：显示输出，把gfxcard绘制后的图形数据输出到屏幕上，即可以通过fbdev输出到本机屏幕上，也可以通过sdl/x11/vnc输出到远程主机的屏幕上。对于像sdl/x11等，也包括对输入事件的处理。
8. dfb_core_wm：窗口管理器。

以上这些core_part，有的是直接实现的，比如clipboard。有的只是一层包装，具体的实现在一个独立的共享库中，在运行时通过参数来控制加载具体的实现，如system。

• 对外接口。这主要是给上层应用程序使用的。其中包括：

1. IDirectFBInputDevice: 输入设备
2. IDirectFBScreen: 屏幕。
3. IDirectFBSurface: 绘图表面。
4. IDirectFBPalette: 调色板。
5. IDirectFBFont: 字体
6. IDirectFBImageProvider：图片
7. IDirectFBVideoProvider：视频
8. IDirectFBWindow：窗口
9. DirectFBEventBuffer: 事件缓冲

4.         窗口管理器。这部分代码在wm目录下。DFB实现了两个窗口管理器。

• default：实现了基本的窗口管理功能，支持一些快捷键。
• unique：功能也很弱，不过架构还可以，加入自己的功能很方便。

5.         输入设备。这部分代码在inputdrivers目录下。其实这些代码并不是真正的驱动，只是一个adapter层，它把从linux设备文件读到的事件，转换成DFB自己的事件格式，然后调用dfb_input_dispatch把事件分发出去。

6.         输出设备。这部分代码在system目录下。这也是一个adapter层，主要对显示设备的抽象，有的也包括对输入事件的处理。其中包括：

• fbdev: 输出到frame buffer。
• osx:   输出到mac os上。
• vnc： 输出到Virtual Network Computing（类似于微软远程桌面的一个协议）。
• x11： 输出到X Window上，在0.9.24仍然有问题，建议使用SDL。
• sdl： 输出到Simple DirectMedia Layer。
  

7.         值得注意的几个问题：

• master/slave模型。master/slave是DFB的基本模型，一定要先了解它，否则很难了解DFB的基本架构。
• reactor模式。DFB中的消息，无论是进程内的，还是进程间的，都是通过reactor来传递的。这是一种简单的发布-订阅机制，谁关心谁就注册。不先弄清楚reactor的机制，很容易就被消息的流向搞糊涂了。
• 加锁术语。加锁/解锁动作常用lock/unlook、acquire/release、 wait/release等术语，而DFB里使用skirmish_prevail/skirmish_dismiss。
• 引用计数术语。增加/减少引用计数常用ref/unref、addref/release等术语。DFB里使用了ref/unref，同时增加了几个动作：link/unlink用于增加和减少全局引用计数，ref增加的计数，只要应用程序退出，fusion自动释放这个引用计数。而link增加的引用计数非要用unlink减少才行，应用程序退出时不会自动减少。inherit: 继承另外一个对象的引用计数，即把被继承的对象的引用计数加到继承者身来，不但如此，当被继承的对象的引用计数增减时，自动增减继承者的引用计数。
• 注册/注销术语。注册/注销常用register/unregister等术语，DFB使用了attach/detatch。
• 内核对象的宏。DFB用宏FUSION_OBJECT_METHODS去实现一个fusion object的子类，FUSION_OBJECT_METHODS是在object.h里定义的。像CoreWindow和CoreSurface等内核对象，都调用这个宏去实现自己的方法。
• CorePart的宏。DFB用宏DFB_CORE_PART去实现一个core part，DFB_CORE_PART是在core_parts.h定义的。
• 动态模块的加载。DFB并不要求动态加载模块实现特定的接口函数，而当模块被加载时(dlopen时)，把自己安装到框架中。模块使用了gcc的__attribute__((constructor))扩展，模块被加载时，该函数自动执行，然后调用direct_modules_register注册自己。
• cardstate：我开始被blit函数弄糊涂了，并不像WIN32下那样要求指明源和目标。后来才知道它是调用另外的函数去设置源和目标，而不是通过参数来指定。

在研究DFB时，我的主要精力放在DFB的架构、窗口管理器、输入设备驱动和fusion上，其它地方花的时间比较少，特别是对gfx只有一个模糊的概念，抱歉不能在这些方面提供更多信息。我对图形算法不太熟悉，大家可以问我某个流程是怎么走的，某个对象与另外一个对象是怎么交互的，但不要问我某个算法是怎么实现的。