http://blog.sina.com.cn/s/blog_89f592f50101394l.html
Android输入系统在整个图形系统框架中扮演了很重要的角色,主要负责用户消息的管理,具体职责包括以下几个方面:
1、 从底层驱动中获取各种原始的用户消息,包括按键、触摸屏、鼠标、滚迹球等用户事件消息。
2、 最原始消息进行预处理,包括两个方面:一方面,将消息转化成系统可以处理的消息事件;另一方面,处理一些特殊的事件,比如HOME、MENU、POWER键等处理。
3、 将处理后的消息事件分发到各个应用进程,这个需要使用IPC机制,Android系统使用管道来进行消息的传递。
Android系统使用InputManager类来管理消息,而具体的功能则是通过InputReaderThread和InputDispatcherThread两个线程来实现。其中InputReaderThread线程负责消息的读取,而
InputDispatcherThread则负责消息的预处理和分发到各个应用进程中。输入系统的整体框架如下图所示:
从框图中可以看出,Android输入系统通过EventHub收集输入设备的原始数据,InputReader调用接口读取EventHub中获取的数据,然后通知InputDispatcher数据已经准备好,InputDispatcher获得数据回调InputManager的接口间接回调WMS 中的InputMonitor对输入消息进行处理,如果WMS没有消耗掉该消息,则InputDispatcher会将该消息通过管道的方式,直接发送到应用进程中,当前焦点应用的ViewrootImpl会收到该消息,并对消息进行分发处理,最终将其发送到对应的View对象中进行界面响应。
在WindowManagerService构造函数中,经过JNI调用完成了Native层InputManager的初始化,初始化工作有如下几点。
在InputManagerService类中定义了一个Callback接口:
public interface Callbacks { public void notifyConfigurationChanged(); public void notifyLidSwitchChanged(long whenNanos, boolean lidOpen); public void notifyInputChannelBroken(InputWindowHandle inputWindowHandle); public long notifyANR(InputApplicationHandle inputApplicationHandle, InputWindowHandle inputWindowHandle); public int interceptKeyBeforeQueueing(KeyEvent event, int policyFlags, boolean isScreenOn); public int interceptMotionBeforeQueueingWhenScreenOff(int policyFlags); public long interceptKeyBeforeDispatching(InputWindowHandle focus, KeyEvent event, int policyFlags); public KeyEvent dispatchUnhandledKey(InputWindowHandle focus, KeyEvent event, int policyFlags); public int getPointerLayer(); } |
InputMonitor实现了InputManagerService.Callbacks接口,在WindowManagerService的构造函数中创建了InputMonitor对象,并以mInputMonitor作为参数创建InputManagerService的对象,在InputManagerService构造函数中,将mInputMonitor作为参数调用了JNI函数nativeInit(),将回调接口传到JNI层,在需要的时候,JNI在回调mInputMonitor中的函数,实现数据才传递。
class InputMonitor implements InputManagerService.Callbacks{ …… } private WindowManagerService(Context context, PowerManagerService pm, boolean haveInputMethods, boolean showBootMsgs, boolean onlyCore) { final InputMonitor mInputMonitor = new InputMonitor(this); mInputManager = new InputManagerService(context, mInputMonitor); }
|
在InputManagerService的构造函数中,调用了
Frameworks/base/services/jni/com_android_server_input_InputManagerService.cpp中的nativeInit()方法。
首先在JNI方法中创建了一个NativeInputManager对象,该对象内部构造函数中又创建了一个InputManager对象。注意这里的InputManager是native的。关键在于InputManager的构造函数中,创建了两个非常重要的对象,InputDispatcher和InputReader,前者是作为消息派发者,后者是input消息的读取者。然后在initialize()方法中,将前面创建的两对象作为参数,创建了对应的两个线程,分别是InputReaderThead和InputDispatchThread。
前面也简单说过,InputDispatch和客户端之间是通过Pipe传递消息的,Pipe是linux系统调用的一部分,我们需要关注的是Pipe所包含的读写描述符,而为了程序设计的便利,Android增加了一个InputChannel类,有两个作用,一个是保存消息端口对应的Pipe的读写描述符,另一个是通过使用InputChannel所提供的函数创建底层的Pipe对象,。Pipe为管道的意思。
在上面时序图看出,创建InputChannel是从添加窗口开始的,当客户需要添加窗口的时候,会创建ViewRootImpl对象,并调用它的setView()方法,通过IPC通信调用Session的addWindow()方法,其中就包含了一个InputChannel对象,里面没有数据的空壳,然后调用到WMS的addWindow()方法,希望Wms创建真正的InputChannel。
Wms的addWindow():
public int addWindow(Session session, IWindow client, int seq, WindowManager.LayoutParams attrs, int viewVisibility, Rect outContentInsets, InputChannel outInputChannel) { …… if (outInputChannel != null && (attrs.inputFeatures & WindowManager.LayoutParams.INPUT_FEATURE_NO_INPUT_CHANNEL) == 0) { String name = win.makeInputChannelName(); InputChannel[] inputChannels = InputChannel.openInputChannelPair(name); win.setInputChannel(inputChannels[0]); inputChannels[1].transferTo(outInputChannel);
mInputManager.registerInputChannel(win.mInputChannel,win.mInputWindowHandle); } …… } |
addWindow()内调用了InputChannel.openInputChannelPaire()方法开始创建InputChannel,过程如下图:
1) 在InputChannel.java的静态方法openInputChannelPai()中,调用了JNI
frameworks/base/coar/jni/android_Inputview_Channel.cpp的
android_view_InputChannel_nativeOpenInputChannelPair()方法
static jobjectArray android_view_InputChannel_nativeOpenInputChannelPair(JNIEnv* env, jclass clazz, jstring nameObj) { …… sp<InputChannel> serverChannel; sp<InputChannel> clientChannel; status_t result = InputChannel::openInputChannelPair(name, serverChannel, clientChannel); …… jobjectArray channelPair = env->NewObjectArray(2, gInputChannelClassInfo.clazz, NULL); if (env->ExceptionCheck()) { return NULL; }
jobject serverChannelObj = android_view_InputChannel_createInputChannel(env, new NativeInputChannel(serverChannel)); if (env->ExceptionCheck()) { return NULL; }
jobject clientChannelObj = android_view_InputChannel_createInputChannel(env, new NativeInputChannel(clientChannel)); if (env->ExceptionCheck()) { return NULL; }
env->SetObjectArrayElement(channelPair, 0, serverChannelObj); env->SetObjectArrayElement(channelPair, 1, clientChannelObj); return channelPair; } |
在上面代码中,新建了Native层两个通道变量,分别是serverChannel和clientChannel,然后将两个空壳传入InputChannel::openInputChannelPair()中。
2) Native的InputChannel类是定义在InputTrasport.cpp文件中,openInputChannelPair()方法才是真正的创建管道,然后赋值给两个空壳。
status_t InputChannel::openInputChannelPair(const String8& name, sp<InputChannel>& outServerChannel, sp<InputChannel>& outClientChannel) { int sockets[2]; if (socketpair(AF_UNIX, SOCK_SEQPACKET, 0, sockets)) { status_t result = -errno; ALOGE("channel '%s' ~ Could not create socket pair. errno=%d", name.string(), errno); outServerChannel.clear(); outClientChannel.clear(); return result; }
int bufferSize = SOCKET_BUFFER_SIZE; setsockopt(sockets[0], SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, &bufferSize, sizeof(bufferSize)); setsockopt(sockets[0], SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &bufferSize, sizeof(bufferSize)); setsockopt(sockets[1], SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, &bufferSize, sizeof(bufferSize)); setsockopt(sockets[1], SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &bufferSize, sizeof(bufferSize));
String8 serverChannelName = name; serverChannelName.append(" (server)"); outServerChannel = new InputChannel(serverChannelName, sockets[0]);
String8 clientChannelName = name; clientChannelName.append(" (client)"); outClientChannel = new InputChannel(clientChannelName, sockets[1]); return OK; } |
调用Linux的socketpair()方法建立一对匿名的已经连接的套接字,然后调用setsockopt()方法为其分配内存,然后用其做为参数,创建native环境中的InputChannel对象,分别赋值给outServerChannel、和outClientChannel指针,
3) 创建好两个native层的InputChannel对象后,存在channelPair数组中,然后通过JNI返回到JAVA环境中。
JNI:
env->SetObjectArrayElement(channelPair, 0, serverChannelObj); env->SetObjectArrayElement(channelPair, 1, clientChannelObj); return channelPair;
|
JAVA:
InputChannel[] inputChannels = InputChannel.openInputChannelPair(name); |
在上面一节介绍了创建InputChannel的过程,其实的创建了两个InputChannel对象,一个作为服务端,需要Wms对其进行注册,另一个作为客户端,需要客户进程对其进行注册。这一节我们看Wms中注册InputChannel。在2.1.1的时序图中我们可以看到,在Wms的addWindow()方法中,调用InputChannel.openInputChannelPair(name);返回一对InputChannel对象,里面包含了管道的描述符等信息,然后调用InputManagerService.registerInputChannel进行注册,即时序图中第八步开始,。流程图如下:
通过上面可以看到,经过InputManagerService的调用,最终到达JNInativeRegisterInputChannel方法中,首先通过参数获取到Native层的InputChannel对象,还记得在Native InputManager初始化中,在JNI创建了一个NativeInputManager对象。这里就获取到该对象,然后调用NativeInputManager:: registerInputChannel()开始注册:
status_t NativeInputManager::registerInputChannel(JNIEnv* env, const sp<InputChannel>& inputChannel, const sp<InputWindowHandle>& inputWindowHandle, bool monitor) { return mInputManager->getDispatcher()->registerInputChannel( inputChannel, inputWindowHandle, monitor); } |
NativeInputManager对象中有一个InputManager对象引用,InputManager对象中又有一个InputDispatcher对象的引用,所以将调用到InputDispatcher::registerInputChannel()进行注册:
status_t InputDispatcher::registerInputChannel(const sp<InputChannel>& inputChannel, const sp<InputWindowHandle>& inputWindowHandle, bool monitor) { …… sp<Connection> connection = new Connection(inputChannel, inputWindowHandle, monitor); int fd = inputChannel->getFd(); mConnectionsByFd.add(fd, connection); if (monitor) { mMonitoringChannels.push(inputChannel); } …… mLooper->addFd(fd, 0, ALOOPER_EVENT_INPUT, handleReceiveCallback, this); } // release lock return OK; } |
首先需要创建一个Connection对象,即客户端与服务端连接的接口,然后将该对象加入到InputDispatcher的mConnectionsByFd列表中,当需要通过管道发送消息的时候,从该列表中取出Connection对象,该对象与客户端是向对应的,之后调用mLooper->addFd()方法,把InputChannel对应的描述符添加到mLooper内部的描述符列表中。这里完成了wms的InputChannel的注册,即serverChannel。
Wms中创建了一对InputChannel,其中serverChannel被注册到了InputDispatcher线程中,另一个clientChannel则需要注册到客户进程中,从而使得客户进程可以直接接收到InputDispatcher发送的用户消息。
客户端注册InputChannel和在InputManager中注册InputChannel的本质是相同的,即告诉所在进程的native looper对象,让它监控指定的文件描述符即可。客户端的InputChannel来源于调用Wms的addWindow()时,最后一个参数是一个InputChannel类型的输出参数。下面看调用的时序图
在2.3.1时序图中,我们看到setView()方法,该方法是在客户创建新的窗口时候调用,前面我们也看到了,在这个方法中通过IPC通信调用了Wms.addWindow(),创建了一对管道InputChannel,并在Wms中注册了serverChannel,完成了这两步之后,那么就需要对客户进程注册clientChannel了。
1) 客户进程是创建的新的进程,那么为改进程创建一个用于接收消息的WindowInputEventReceiver对象,它继承于InputEventReceiver类。在InputEventReceive构造函数中,调用了JNI方法nativeInit()
static jint nativeInit(JNIEnv* env, jclass clazz, jobject receiverObj, jobject inputChannelObj, jobject messageQueueObj) { sp<InputChannel> inputChannel = android_view_InputChannel_getInputChannel(env, inputChannelObj); …… sp<NativeInputEventReceiver> receiver = new NativeInputEventReceiver(env, receiverObj, inputChannel, messageQueue); status_t status = receiver->initialize(); …… return reinterpret_cast<jint>(receiver.get()); } |
2) 调用android_view_InputChannel_getInputChannel获取native层的InputChannel对象,参数创建一个NativeInputEventReceiver对象,把InputChannel作为该对象的内部参数。
3) 在initialize()方法中,把文件描述符添加到内部的接收描述符列表中,使得客户进程窗口可以接收到发往该文件描述符的消息
status_t NativeInputEventReceiver::initialize() { int receiveFd = mInputConsumer.getChannel()->getFd(); mMessageQueue->getLooper()->addFd(receiveFd, 0, ALOOPER_EVENT_INPUT, this, NULL); return OK; } |
用户消息可以分为两类,一个是Key消息,另一个是Motion消息。对于Motion消息,InputDispatcher是通过pipe直接把消息发往客户窗口的,Wms不能对这些消息进行任何的前置处理,而对于Key消息,则会先回调Wms中的Key消息处理函数,在Wms中不处理的消息,才会把消息发往客户端。一般情况下,wms中仅仅处理一些系统的Key消息,比如”Home”键、音量键等。
在InputDispatcher中,收到InputReader发送过来的Event消息,最终调用到InputDispatcher::dispatchKeyLocked()方法,开始派发按键消息,接着消息传到NativeInputManager中。在第一节 Native InputManager初始化中,我们向JNI注册了java层的一些回调接口,这时候就用到了的。
nsecs_t NativeInputManager::interceptKeyBeforeDispatching( const sp<InputWindowHandle>& inputWindowHandle, const KeyEvent* keyEvent, uint32_t policyFlags) { …… if (keyEventObj) { jlong delayMillis = env->CallLongMethod(mServiceObj, gServiceClassInfo.interceptKeyBeforeDispatching, inputWindowHandleObj, keyEventObj, policyFlags); …… return result; } |
调用JNI的env->CallLongMethod()方法,回调JAVA层方法,mServiceObj对应的是java层的InputManagerService类的实例,gServiceClassInfo.interceptKeyBeforeDispatching指的是InputManagerService的interceptKeyBeforeDispatching()函数,于是消息就从JNI传递到了JAVA层。最终消息就传到了PhoneWindowManager中。
无论是Key消息还是Motion消息,都是通过Pipe管道传递到客户进程窗口的。所有的客户进程都有一个主线程,即ActivityThread类,该类每次开始的时候就会进入一个Looper循环中,然后就不断的从MessageQueue中读取消息,如果没有消息,则进入wait状态,直到下一个消息。
在InputDispatcher中,获取了InputReader的Key消息,经过一步步处理,调用到startDispatchCycleLocked()方法:
void InputDispatcher::startDispatchCycleLocked(nsecs_t currentTime, const sp<Connection>& connection) { …… case EventEntry::TYPE_KEY: { KeyEntry* keyEntry = static_cast<KeyEntry*>(eventEntry);
// Publish the key event. status = connection->inputPublisher.publishKeyEvent(……); break; } …… } |
注意到这里的connection,这是Wms注册InputChannel的时候创建的Connection对象,然后将KeyEvent消息写入管道中。
status_t InputPublisher::publishKeyEvent( …. return mChannel->sendMessage(&msg); }
status_t InputChannel::sendMessage(const InputMessage* msg) { size_t msgLength = msg->size(); ssize_t nWrite; do { nWrite = ::send(mFd, msg, msgLength, MSG_DONTWAIT | MSG_NOSIGNAL); } while (nWrite == -1 && errno == EINTR); ……. return OK; } |
消息写入管道后,经过MessageQueue通知到客户进程,然后在ViewRootImpl中,调用doConsumeBatchedInput()开始读取keyEvent消息。看看receiveMessage():
status_t InputChannel::receiveMessage(InputMessage* msg) { ssize_t nRead; do { nRead = ::recv(mFd, msg, sizeof(InputMessage), MSG_DONTWAIT); } while (nRead == -1 && errno == EINTR); …… return OK; } |
Android Input Framework(二)---EventHub
http://blog.sina.com.cn/s/blog_89f592f50101395k.html
EventHub可以看成是输入消息的集散地,因为android支持多种输入设备,而各种设备的消息类型可能不一样,为了统一管理这些输入消息,Android提出了EventHub的概念,所有的输入事件都会通过EventHub收集,并通过EventHub传递给InputReader,这样对上层来说,就不需要关注底层设备的多样性,减少了上层使用的复杂性。EventHub同时还负责扫描和加载所有的输入设备,InputReader在第一次读取数据的时候会扫描所有的输入设备,并保存每个设备的配置信息。
在EventHub::getEvents中,当mNeedToScanDevices为true时(当创建EventHub对象时,它就为true),即当InputReader第一次调用getEvents的时候需要打开设备,它将从/dev/input目录下查找所有设备,并进行打开,获取其相关属性,最后加入mDevices列表中。
在openDeviceLocked()方法中,首先调用open()打开设备, ioctl()获取设备名字,识别打开设备是哪个classs的,即按键、单点触摸屏、多点触摸屏等等。如果设备是认为是合法的,创建了设备,然后向epoll注册该设备,并添加到mDevices列表中:
// Register with epoll. struct epoll_event eventItem; memset(&eventItem, 0, sizeof(eventItem)); eventItem.events = EPOLLIN; eventItem.data.u32 = deviceId; if (epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &eventItem)) { ALOGE("Could not add device fd to epoll instance. errno=%d", errno); delete device; return -1; } addDeviceLocked(device); |
要说EventHub::getEvents如何获取输入事件,不得不先说说它的几个相关的成员变量:
n mPendingEventCount:调用epoll_wait时的返回值,当然如果没有事件,则其值为0;
n mPendingEventIndex:当前需要处理的事件索引
n mEpollFd:epoll实例,在EventHub::EventHub中调用epoll_create(EPOLL_SIZE_HINT)初始化此例,所有输入事件通过epoll_wait来获取,每一个事件的数据结构为:struct epoll_event。注:epoll_event只表明某个设备上有事件,并不包含事件内容,具体事件内容需要通过read来读取。
看看epoll_event结构体:
typedef union epoll_data { void *ptr; int fd; unsigned int u32; unsigned long long u64; } epoll_data_t; struct epoll_event { unsigned int events; epoll_data_t data; };
|
每个设备被创建(在函数EventHub::openDeviceLocked中)时,都会向epoll注册,代码如下:
struct epoll_event eventItem; memset(&eventItem, 0, sizeof(eventItem)); eventItem.events = EPOLLIN; eventItem.data.u32 = deviceId; if (epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &eventItem)) { …… } |
查看设备上是否有输入事件:
int pollResult = epoll_wait(mEpollFd, mPendingEventItems, EPOLL_MAX_EVENTS, timeoutMillis); if (pollResult < 0) { …… } else { // Some events occurred. mPendingEventCount = size_t(pollResult); } |
在调用epoll_wait()之后,读到的epoll_event输入事件保存在mPendingEventItems,总共的事件数保存在mPendingEventCount,当然,在调用epoll_wait()之前,mPendingEventIndex被清0。
size_t EventHub::getEvents(int timeoutMillis, RawEvent* buffer, size_t bufferSize) { struct input_event readBuffer[bufferSize]; RawEvent* event = buffer; size_t capacity = bufferSize; bool awoken = false; for (;;) { …… while (mPendingEventIndex < mPendingEventCount) { const struct epoll_event& eventItem = mPendingEventItems[mPendingEventIndex++]; …… ssize_t deviceIndex = mDevices.indexOfKey(eventItem.data.u32); Device* device = mDevices.valueAt(deviceIndex); if (eventItem.events & EPOLLIN) { int32_t readSize = read(device->fd, readBuffer, sizeof(struct input_event) * capacity); ……. } …… mPendingEventIndex = 0; int pollResult = epoll_wait(mEpollFd, mPendingEventItems, EPOLL_MAX_EVENTS, timeoutMillis);
if (pollResult < 0) { …… } else { // Some events occurred. mPendingEventCount = size_t(pollResult); } } return event - buffer; } |
在上面的代码中可以看到,如果没有输入事件,那么代码将在epoll_wait()阻塞,当有输入事件的时候读到数据,mPendingEventItems保存了输入事件,mPendingEventCount保存了事件的数量,而且mPendingEventIndex=0,所以此时满足了条件:mPendingEventIndex < mPendingEventCount,将进入while循环mPendingEventCount次,每次通过read()方法读取相对应的输入数据。
首先,需要看看相关的数据结构:
经过1.2小节介绍,我们知道,epoll_event结构体是用来存储输入事件的,调用epoll_wait()读取输入事件,一般情况下mPendingEventCount=1,当有输入事件的时候,通过read()方法读取输入数据。
size_t EventHub::getEvents(int timeoutMillis, RawEvent* buffer, size_t bufferSize) {
struct input_event readBuffer[bufferSize]; RawEvent* event = buffer; size_t capacity = bufferSize; while (mPendingEventIndex < mPendingEventCount) { ALOGE(“mPendingEventCount=%d”, mPendingEventCount); int32_t readSize = read(device->fd, readBuffer, sizeof(struct input_event) * capacity); ize_t count = size_t(readSize) / sizeof(struct input_event); for (size_t i = 0; i < count; i++) { ALOGE("%s got: t0=%d, t1=%d, type=%d, code=%d, value=%d", device->path.string(), (int) iev.time.tv_sec, (int) iev.time.tv_usec, iev.type, iev.code, iev.value); const struct input_event& iev = readBuffer[i]; event->when = now; event->deviceId = deviceId; event->type = iev.type; event->code = iev.code; event->value = iev.value; event += 1; } } return event- buffer } |
我们来分下上面的代码,先看看几个重要的变量
n buffer
一个RawEvent结构体的一个数组,数组元素个数为bufferSize,buffer看成这个数组的指针。
n event
一个RawEvent结构体的一个数组,数组元素个数为bufferSize,刚开始被赋值为buffer,
n readBuffer
一个input_event结构体的一个数组,数组元素个数为bufferSize,在read()方法中用于读取一个输入事件的数据。
n count
表示读取了多少组数据。
我们模拟按下一个按键然后松开为例子,在上面代码中加了两个打印。
n 按键按下
按下按键被描述才一次输入的事件,log打印如下:
mPendingEventCount=1 /dev/input/event0 got: t0=658, t1=734424, type=1, code=1, value=1 /dev/input/event0 got: t0=658, t1=734434, type=0, code=0, value=0 |
第一行,mPendingEventCount=1表示一个输入事件,
第二行表示按键按下的消息value=1
第三行表示该消息结束标志
n 按键松开
按键松开被描述成一个输入事件,log打印如下:
mPendingEventCount=1 /dev/input/event0 got: t0=658, t1=765679, type=1, code=1, value=0 /dev/input/event0 got: t0=658, t1=765694, type=0, code=0, value=0 |
第一行,mPendingEventCount=1表示一个输入事件
第二行表示按键松开的消息value=0
第三行表示该消息结束标志
对上面变量的分析之后,思路应该清晰多了。在调用getEvents()的时候,将buffer作为参数传进来,并赋值给event,event用来存储输入事件的数据。将readBuffer指针传入kernel获取输入事件数据,经过for循环,将input_event数据映射到RawEvent上。在return那里返回了描述一个输入事件的RawEvent结构体数组的个数。在上面我们可以看到,描述一个按键的输入事件只需要两个RawEvent,相对简单,但是,触摸事件相对复杂些。
到此,EventHub完成了数据的读取,那么将在InputReader中对RawEvent数据进行处理。