体现框架之app与SurfaceFlinger通讯

藏宝库编辑 2024-9-4 16:21:31 45 0 来自 中国
SurfaceFlinger是android体现的焦点进程,在整个体现框架中起到一个承上启下的作用,“承上”指的是与app进程间的通讯,“启下”指的是与Composer进程的通讯。Surfaceflinger本身不进行绘制,是app数据上屏的中枢通路,先来看下SurfaceFlinger在整个体现流程中的位置。

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从体现流程图看可知,SurfaceFlinger位于中央层的位置,现在的应用会调起renderthread利用GPU来渲染,应用侧利用surface来管理体现数据,surfaceflinger利用layer来对应应用侧的surface,surfaceflinger会根据合成的方式,选择device还是GPU合成,最后将layer数据提交给Composer进程,进而通过display 驱动上屏。本文就来研究下app和SurfaceFlinger之间的通讯,告急针对native层的分析,代码基于android11。
APP与SurfaceFlinger之间的毗连

起首框架会创建surfaceControl来管理surface,在jni层会创建一个surfaceComposerClient对象,这个对象是负责与SurfaceFlinger进程通讯的告急载体。
文件:frameworks/base/core/jni/android_view_SurfaceControl.cppstatic jlong nativeCreate(JNIEnv* env, jclass clazz, jobject sessionObj,        jstring nameStr, jint w, jint h, jint format, jint flags, jlong parentObject,        jobject metadataParcel) {    ScopedUtfChars name(env, nameStr);    sp<SurfaceComposerClient> client;    if (sessionObj != NULL) {        client = android_view_SurfaceSession_getClient(env, sessionObj);    } else {         // 假如java侧没有该对象则创建SurfaceComposerClient对象        client = SurfaceComposerClient::getDefault();    }    SurfaceControl *parent = reinterpret_cast<SurfaceControl*>(parentObject);    sp<SurfaceControl> surface;   ...    // 通过SurfaceComposerClient创建一个Surface    status_t err = client->createSurfaceChecked(            String8(name.c_str()), w, h, format, &surface, flags, parent, std::move(metadata));   ...    // 返回给上层surface对象    return reinterpret_cast<jlong>(surface.get());}文件:frameworks/native/libs/gui/SurfaceComposerClient.cpp sp<SurfaceComposerClient> SurfaceComposerClient::getDefault() {    return DefaultComposerClient::getComposerClient(); }class DefaultComposerClient: public Singleton<DefaultComposerClient> {    Mutex mLock;    sp<SurfaceComposerClient> mClient;    friend class Singleton<ComposerService>;public:    static sp<SurfaceComposerClient> getComposerClient() {        // 利用单例模式创建DefaultComposerClient 对象        DefaultComposerClient& dc = DefaultComposerClient::getInstance();        Mutex::Autolock _l(dc.mLock);        if (dc.mClient == nullptr) {            // 创建SurfaceComposerClient 对象            dc.mClient = new SurfaceComposerClient;        }        return dc.mClient;    }};// 由于SurfaceComposerClient是sp指针,第一次创建时会实行onFirstRef 函数void SurfaceComposerClient:nFirstRef() {    sp<ISurfaceComposer> sf(ComposerService::getComposerService());    if (sf != nullptr && mStatus == NO_INIT) {        sp<ISurfaceComposerClient> conn;        conn = sf->createConnection();        if (conn != nullptr) {            mClient = conn;            mStatus = NO_ERROR;        }    }}//在getComposerService 函数中调connectLocked来get到SurfaceFlinger服务并注册了殒命监听void ComposerService::connectLocked() {    const String16 name("SurfaceFlinger");    while (getService(name, &mComposerService) != NO_ERROR) {        usleep(250000);    }    assert(mComposerService != nullptr);    // Create the death listener.    class DeathObserver : public IBinder:eathRecipient {        ComposerService& mComposerService;        virtual void binderDied(const wp<IBinder>& who) {            ALOGW("ComposerService remote (surfaceflinger) died [%p]",                  who.unsafe_get());            mComposerService.composerServiceDied();        }     public:        explicit DeathObserver(ComposerService& mgr) : mComposerService(mgr) { }    };    mDeathObserver = new DeathObserver(*const_cast<ComposerService*>(this));    IInterface::asBinder(mComposerService)->linkToDeath(mDeathObserver);}文件:frameworks/native/services/surfaceflinger/surfaceflinger.cpp// 与SurfaceFlinger创建接洽,Client持有SurfaceFlinger对象sp<ISurfaceComposerClient> SurfaceFlinger::createConnection() {    const sp<Client> client = new Client(this);    return client->initCheck() == NO_ERROR ? client : nullptr;}看解释,至此完成了从SurfaceControl-> SurfaceComposerClient -> SurfaceFlinger的毗连过程。应用要创建Surface时,对应SurfaceFlinger会创建layer与之对应。
文件:frameworks/native/libs/gui/SurfaceComposerClient.cpp status_t SurfaceComposerClient::createSurfaceChecked(const String8& name, uint32_t w, uint32_t h,                                                     PixelFormat format,                                                     sp<SurfaceControl>* outSurface, uint32_t flags,                                                     SurfaceControl* parent, LayerMetadata metadata,                                                     uint32_t* outTransformHint) {    sp<SurfaceControl> sur;    ...        // 会实行到Client.cpp内里的createSurface        err = mClient->createSurface(name, w, h, format, flags, parentHandle, std::move(metadata),                                     &handle, &gbp, &transformHint);       ...        ALOGE_IF(err, "SurfaceComposerClient::createSurface error %s", strerror(-err));        if (err == NO_ERROR) {            // 根据返回的handle 和 gbp 创建 SurfaceControl            *outSurface = new SurfaceControl(this, handle, gbp, transformHint);        }    }    return err;}文件: frameworks/native/services/surfaceflinger/Client.cppstatus_t Client::createSurface(const String8& name, uint32_t w, uint32_t h, PixelFormat format,                               uint32_t flags, const sp<IBinder>& parentHandle,                               LayerMetadata metadata, sp<IBinder>* handle,                               sp<IGraphicBufferProducer>* gbp, uint32_t* outTransformHint) {    // We rely on createLayer to check permissions.    return mFlinger->createLayer(name, this, w, h, format, flags, std::move(metadata), handle, gbp,                                 parentHandle, nullptr, outTransformHint);}文件: frameworks/native/services/surfaceflinger/SurfaceFlinger.cpptatus_t SurfaceFlinger::createLayer(const String8& name, const sp<Client>& client, uint32_t w,                                     uint32_t h, PixelFormat format, uint32_t flags,                                     LayerMetadata metadata, sp<IBinder>* handle,                                     sp<IGraphicBufferProducer>* gbp,                                     const sp<IBinder>& parentHandle, const sp<Layer>& parentLayer,   ...    sp<Layer> layer;   ...    switch (flags & ISurfaceComposerClient::eFXSurfaceMask) {        case ISurfaceComposerClient::eFXSurfaceBufferQueue:            // 对于surface范例创建layer范例,告急看下带有BufferQueue的layer            result = createBufferQueueLayer(client, std::move(uniqueName), w, h, flags,                                            std::move(metadata), format, handle, gbp, &layer);            break;    ...    // 将创建的layer放到mCurrentState 内里,SurfaceFlinger内部管理了mCurrentState 和 mDrawingState    result = addClientLayer(client, *handle, *gbp, layer, parentHandle, parentLayer,                            addToCurrentState, outTransformHint);    ...    setTransactionFlags(eTransactionNeeded);    return result;}文件: frameworks/native/services/surfaceflinger/SurfaceFlinger.cppstatus_t SurfaceFlinger::createBufferQueueLayer(const sp<Client>& client, std::string name,                                                uint32_t w, uint32_t h, uint32_t flags,                                                LayerMetadata metadata, PixelFormat& format,                                                sp<IBinder>* handle,                                                sp<IGraphicBufferProducer>* gbp,                                                sp<Layer>* outLayer) {    ...    sp<BufferQueueLayer> layer;    LayerCreationArgs args(this, client, std::move(name), w, h, flags, std::move(metadata));    ...        Mutex::Autolock lock(mStateLock);        layer = getFactory().createBufferQueueLayer(args);    ...    if (err == NO_ERROR) {         // 在surfaceflinger侧 new了一个handle,这个handle指向这个layer        *handle = layer->getHandle();        //gbp是创建的BufferQueueProducer对象        *gbp = layer->getProducer();        *outLayer = layer;    }            ALOGE_IF(err, "createBufferQueueLayer() failed (%s)", strerror(-err));    return err;}文件: frameworks/native/services/surfaceflinger/SurfaceFlingerDefaultFactory.cppsp<BufferQueueLayer> DefaultFactory::createBufferQueueLayer(const LayerCreationArgs& args) {    // new 了BufferQueueLayer对象,sp指针第一次创建时会实行onFirstRef 函数    return new BufferQueueLayer(args);}文件:frameworks/native/services/surfaceflinger/BufferQueueLayer.cppvoid BufferQueueLayer:nFirstRef() {    BufferLayer:nFirstRef();    // Creates a custom BufferQueue for SurfaceFlingerConsumer to use    sp<IGraphicBufferProducer> producer;    sp<IGraphicBufferConsumer> consumer;    // 创建一个BufferQueue对象,跟着创建一个BufferQueueCore, BufferQueueProducer和 BufferQueueConsumer对象    mFlinger->getFactory().createBufferQueue(&producer, &consumer, true);    // 对producer 的一个封装,MonitoredProducer实质与 producer无差异    mProducer = mFlinger->getFactory().createMonitoredProducer(producer, mFlinger, this);    // 创建BufferLayerConsumer ,起首创建父类ConsumerBase 对象    mConsumer =            mFlinger->getFactory().createBufferLayerConsumer(consumer, mFlinger->getRenderEngine(),                                                             mTextureName, this);   ...    // 注册了一个监听,将BufferQueueLayer的函数方法注册到BufferQueueCore内里,说明当Buffer有变革时会关照BufferQueueLayer实行相应的动作    mContentsChangedListener = new ContentsChangedListener(this);    mConsumer->setContentsChangedListener(mContentsChangedListener);    mConsumer->setName(String8(mName.data(), mName.size()));    // BufferQueueCore::mMaxDequeuedBufferCount is default to 1    // 设置producer最大dequeue的buffer数量    if (!mFlinger->isLayerTripleBufferingDisabled()) {        mProducer->setMaxDequeuedBufferCount(2);    }}文件:frameworks/native/services/surfaceflinger/Layer.cppsp<IBinder> Layer::getHandle() {    Mutex::Autolock _l(mLock);    if (mGetHandleCalled) {        ALOGE("Get handle called twice" );        return nullptr;    }    mGetHandleCalled = true;   // 创建一个handle对应layer    return new Handle(mFlinger, this);}看解释,SurfaceFlinger侧创建了handle和GraphicsBufferProducer对象给到SurfaceControl,handle 指向surfaceflinger的layer,GraphicsBufferProducer 提供surface对Buffer的操纵接口,上层操纵surface的handle来作用到surfaceflinger的layer。至此,surfaceflinger创建layer的流程分析完了,比较绕的地方是涉及BufferQueue对象之间的关系,用一副类的关系图来说明之间的关系。

APP与SurfaceFlinger之间数据的通报

现在应用一样平常采取GPU去渲染加速,GPU操纵在RenderThread里(HWUI 内里的逻辑很复杂,后续会进行分析),应用要绘制数据起首必要申请一块Buffer,由前面分析可知,应用是一个GraphicsBufferProducer的脚色,故可以通过dequeueBuffer来向surfaceflinger申请一块Buffer。
DequeueBuffer

文件: frameworks/native/libs/gui/Surface.cppint Surface::dequeueBuffer(android_native_buffer_t** buffer, int* fenceFd) {    ATRACE_CALL();    ALOGV("Surface::dequeueBuffer");   ...    // 从应用进程调到SurfaceFlinger进程,实现在SurfaceFlinger侧    status_t result = mGraphicBufferProducer->dequeueBuffer(&buf, &fence, reqWidth, reqHeight,                                                            reqFormat, reqUsage, &mBufferAge,                                                            enableFrameTimestamps ? &frameTimestamps                                                                                  : nullptr);    ...     // 后续会通过requestBuffer拿到Buffer    sp<GraphicBuffer>& gbuf(mSlots[buf].buffer);    ...        // requestBuffer将通过importBuffer将Buffer映射到应用进程        result = mGraphicBufferProducer->requestBuffer(buf, &gbuf);    ...       *buffer = gbuf.get();    ...       mDequeuedSlots.insert(buf);       return OK;}文件: frameworks/native/libs/gui/BufferQueueProducer.cppstatus_t BufferQueueProducer::dequeueBuffer(int* outSlot, sp<android::Fence>* outFence,                                            uint32_t width, uint32_t height, PixelFormat format,                                            uint64_t usage, uint64_t* outBufferAge,                                            FrameEventHistoryDelta* outTimestamps) {    ...    int found = BufferItem::INVALID_BUFFER_SLOT;    while (found == BufferItem::INVALID_BUFFER_SLOT) {          // 优先从mFreeBuffers 内里获取slot, 若没有则从mFreeSlots 内里获取,从mFreeSlots 内里获取的都是还未分配Buffer的slot          status_t status = waitForFreeSlotThenRelock(FreeSlotCaller:equeue, lock, &found);    ...    }    if (returnFlags & BUFFER_NEEDS_REALLOCATION) {        ...        //若得到的slot对应的buffer为空则重新分配一块GraphicsBuffer        sp<GraphicBuffer> graphicBuffer = new GraphicBuffer(                width, height, format, BQ_LAYER_COUNT, usage,                {mConsumerName.string(), mConsumerName.size()});        ...        mSlots[*outSlot].mGraphicBuffer = graphicBuffer;        ...}文件: frameworks/native/libs/gui/BufferQueueProducer.cppstatus_t BufferQueueProducer::requestBuffer(int slot, sp<GraphicBuffer>* buf) {    ...    mSlots[slot].mRequestBufferCalled = true;     // GraphicsBuffer跨进程通报实行unflatten    *buf = mSlots[slot].mGraphicBuffer;    return NO_ERROR;}文件: frameworks/native/libs/ui/GraphicBuffer.cppstatus_t GraphicBuffer::unflatten(void const*& buffer, size_t& size, int const*& fds,                                  size_t& count) {...if (handle != nullptr) {        buffer_handle_t importedHandle;        status_t err = mBufferMapper.importBuffer(handle, uint32_t(width), uint32_t(height),                uint32_t(layerCount), format, usage, uint32_t(stride), &importedHandle);...        handle = importedHandle;...       return NO_ERROR;}应用的surface实行dequeueBuffer是在应用进程,详细实现是通过BufferQueueProducer的dequeueBuffer,是在SurfaceFlinger进程,以是必要通过requestBuffer将Buffer映射到应用进程,详细实现是通过importBuffer。真正分配Buffer的地方是在ion,ion是怎么分配Buffer的,以及Buffer怎么实现app和SurfaceFlinger共享,先用一张简图概述下,后续会分析。

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至此app就拿到了可绘制的Buffer,GPU可以将数据渲染到这块Buffer上。GPU将数据渲染到Buffer后,会实行eglSwapBuffers交换front和back buffer,eglSwapBuffers会调用queueBuffer,android系统用queueBuffer来哀求vsync 唤醒SurfaceFlinger革新。
queueBuffer

文件: frameworks/native/libs/gui/Surface.cppint Surface::queueBuffer(android_native_buffer_t* buffer, int fenceFd) {    ...     // dequeue出来的buffer对应的slot    int i = getSlotFromBufferLocked(buffer);    ...    // 传入一些参数,此中 fenceFd 是由GPU带过来的,体现GPU渲染是否完成,这里为acquireFence    IGraphicBufferProducer:ueueBufferInput input(timestamp, isAutoTimestamp,            static_cast<android_dataspace>(mDataSpace), crop, mScalingMode,            mTransform ^ mStickyTransform, fence, mStickyTransform,            mEnableFrameTimestamps);    ...    // 调到SurfaceFlinger进程的queueBuffer    status_t err = mGraphicBufferProducer->queueBuffer(i, input, &output);    ...}文件: frameworks/native/libs/gui/BufferQueueProducer.cppstatus_t BufferQueueProducer::queueBuffer(int slot,        const QueueBufferInput &input, QueueBufferOutput *output) {...    BufferItem item;...        // 将数据同步到item对象        item.mAcquireCalled = mSlots[slot].mAcquireCalled;        item.mGraphicBuffer = mSlots[slot].mGraphicBuffer;        item.mCrop = crop;        item.mTransform = transform &                ~static_cast<uint32_t>(NATIVE_WINDOW_TRANSFORM_INVERSE_DISPLAY);        item.mTransformToDisplayInverse =                (transform & NATIVE_WINDOW_TRANSFORM_INVERSE_DISPLAY) != 0;        item.mScalingMode = static_cast<uint32_t>(scalingMode);        item.mTimestamp = requestedPresentTimestamp;        item.mIsAutoTimestamp = isAutoTimestamp;        item.mDataSpace = dataSpace;        item.mHdrMetadata = hdrMetadata;        item.mFrameNumber = currentFrameNumber;        item.mSlot = slot;        item.mFence = acquireFence;        item.mFenceTime = acquireFenceTime;        item.mIsDroppable = mCore->mAsyncMode ||                (mConsumerIsSurfaceFlinger && mCore->mQueueBufferCanDrop) ||                (mCore->mLegacyBufferDrop && mCore->mQueueBufferCanDrop) ||                (mCore->mSharedBufferMode && mCore->mSharedBufferSlot == slot);        item.mSurfaceDamage = surfaceDamage;        item.mQueuedBuffer = true;        item.mAutoRefresh = mCore->mSharedBufferMode && mCore->mAutoRefresh;        item.mApi = mCore->mConnectedApi;       ...             // 把item放到mQueue内里       mCore->mQueue.push_back(item);       // 这里的mCore->mConsumerListener 实际上为ConsumerBase对象       frameAvailableListener = mCore->mConsumerListener;       ...      if (frameAvailableListener != nullptr) {        frameAvailableListener->onFrameAvailable(item);      }...}文件: frameworks/native/libs/gui/ConsumerBase.cppvoid ConsumerBase:nFrameAvailable(const BufferItem& item) {    CB_LOGV("onFrameAvailable");    sp<FrameAvailableListener> listener;    { // scope for the lock        Mutex::Autolock lock(mFrameAvailableMutex);        listener = mFrameAvailableListener.promote();    }    if (listener != nullptr) {        CB_LOGV("actually calling onFrameAvailable");        // listener实际上是BufferQueueLayer对象        listener->onFrameAvailable(item);    }}根据类图关系,frameAvailableListener 实际上是ConsumerBase 对象,在ConsumerBase 初始化的时间进行赋值,通过 mConsumer->consumerConnect(proxy, controlledByApp)接口,以是会调到ConsumerBase:nFrameAvailable, 而mFrameAvailableListener 是BufferQueueLayer -> setContentsChangedListener(mContentsChangedListener) 设的,实际上是 BufferQueueLayer对象,因此最后走到BufferQueueLayer:nFrameAvailable 逻辑内里了。
文件: frameworks/native/services/surfaceflinger/BufferQueueLayer.cppvoid BufferQueueLayer:nFrameAvailable(const BufferItem& item) {   ...    // 将item 放到mQueueItems内里    mQueueItems.push_back(item);    mQueuedFrames++;   ...    // 申请vsync去触发surfaceflinger革新    mFlinger->signalLayerUpdate();    mConsumer->onBufferAvailable(item);}文件: frameworks/native/services/surfaceflinger/Scheduler/EventThread.cppvoid EventThread::requestNextVsync(const sp<EventThreadConnection>& connection) {    if (connection->resyncCallback) {        connection->resyncCallback();    }    std::lock_guard<std::mutex> lock(mMutex);    if (connection->vsyncRequest == VSyncRequest::None) {        // Vsync哀求置为Single        connection->vsyncRequest = VSyncRequest::Single;        mCondition.notify_all();    }}让Surfaceflinger革新必要2个须要条件: 1. 有requestNextVsync 的哀求  2.  软件vsync盘算模子回调 onVSyncEvent创建一个vsyncEvent,涉及到vsync模子,反面会先容。
到这里,app完成了与SurfaceFlinger的毗连以及将应用数据传给到SurfaceFlinger。这里必要留意的是,着实SurfaceFlinger并不会动Buffer内里的数据,只是中央通报的一个过程,Buffer数据是由GPU渲染,display体现,下篇分析下SurfaceFlinger在革新时做了哪些动作。
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