Android Graphics - 3 BufferQueue 和 Gralloc
BufferQueue and gralloc
摘要：BufferQueue生产者和消费者，gralloc HAL使用flags，使用systrace跟踪BufferQueue
让我们从BufferQueue和gralloc HAL的幕后开始来理解Android 图形系统
BufferQueue类是Android图形系统的核心。它的扮演的角色很简单：把生成图形数据的组件（生产者）和接收数据并用来显示或进一步处理的组件（消费者）联系在一起。几乎所有需要在系统种传输图形数据的组件都依赖BufferQueue。
gralloc内存分配器可以执行buffer分配并且通过特定厂商的HAL接口来实现（参考：hardware/libhardware/include/hardware/gralloc.h）.alloc() 函数需要除了需要参数（width，height，pixel format）外还需要一组使用标志（细节如下）。
BufferQueue生产者和消费者（BufferQueue producers and consumers）
基础的使用方法是显而易见的：生产者请求一个空闲的buffer（dequeueBuffer（）），指定一组包括width，height，pixel format 和使用标志的参数。生产者填充buffer然后将它返回到队列中。稍后，消费者请求buffer（acquireBufferQueue()）并且使用这个buffer。当消费者完成任务后，将buffer返回给队列（releaseBuffer()）。
近期的Android设备支持同步框架，这使System能够在与能够异步操作图形数据的硬件组件结合时做出漂亮事情。举例来说，一个生产者可以在提交一系列OpenGL ES绘制命令之后，然后在渲染完成前将输出buffer排队。因为和buffer在一起的有一个叫做fence的东西，fence可以在渲染完成时发出信号。第二种伴随buffer的fence是在它返回到空闲列表时，所以消费者可以在内容仍在使用时释放buffer。这种设计改善了buffer在系统种传输时的延迟和吞吐量的问题。
队列的一些特征，例如最大可持有的buffer数由生产者和消费者共同决定。但是BufferQueue负责根据需求分配buffer。除非特征发生变化，否则Buffer将会保留。例如，如果生产者请求不同大小的buffer，老的buffer会被释放，新的buffer将会被分配。
生产者和消费者可以存在于不同的进城。目前，消费者总是创建并拥有数据结构。在老版本的Android平台上，只有生产者端是被绑定的（例如 生产者可以作为一个远程的线程，但是消费者必须存在于queue所在的线程中）。Android 4.4以后，此处的实现朝着更加通用性的方向发展。
BufferQueue绝不会copybuffer的内容（移动如此多的数据会变的效率底下），而是buffer总是通过句柄（handle）传递。
gralloc HAL 使用标志 （gralloc HAL usage flags）
gralloc分配器不仅仅是另外一种在本地堆内存种申请的方法。在某些情况下，分配的内存可能不是缓存一致性的或者完全不能在用户空间访问。分配的性质由使用标志决定，其中包括以下属性：
- How often the memory will be accessed from software (CPU) CPU访问内存的频率
- How often the memory will be accessed from hardware (GPU)GPU访问内存的频率
- Whether the memory will be used as an OpenGL ES (GLES) texture 内存是否被OpenGL ES texture访问
- Whether the memory will be used by a video encoder 内存是否被Video编解码器使用
举个例子，如果你指定RGBA 8888 像素格式，这意味着你想要一个可以从软件访问的buffer（也就是说你的app会直接访问到每一个像素），那么分配器就必须创建一个按照RGBA排序的4字节每像素的内存。如果你不这样做，而是说想要一个仅从硬件访问并且作为一个GLES texture的时候，分配器可以做任何GLES dirver想要的事情---可能是BGRA排序，非线性旋转布局（non-linear swizzled layouts），可选的颜色格式（alternative color formats）等等。让硬件使用它想要的格式可以提高性能。
某些值不能在特定的平台上组合。例如，视频编解码器请求YUV像素，所以添加软件访问和指定RGBA 8888将会发生错误。
从gralloc分配器返回的buffer句柄可以通过Binder传输。
使用systrace跟踪BufferQueue （Tracking BufferQueue with systrace）
想要了解graphics buffer如何被移动的，使用systrace。systrace可以很好的检测系统级的Graphics代码和很多相关app的framework代码。去完成的描述如何有效的使用systrace将会占用大量的篇幅。从打开gfx，view，sched 标志开始。你也可以在trace里看到BufferQueue。如果你之前使用过systrace，你可能会看到他们，或许你不知道他们是什么。举个例子，如果你在Grafika的“Play video（SurfaceView）”正在运行时抓了一个trace，一列被标示的SurfaceView会告诉你在给定的时间内有多少buffer被排队了。
这个值在app活跃时增加（例如MediaCodec decoder触发帧的渲染），在SurfaceFlinger开始工作消耗buffer时，这个值会降低。当播放30fps的视频时，队列的的值可能变化很小（0～1），因为60fps的显示器可以轻松保持30fps的帧率。（另外请注意，SurfaceFlinger会在有工作的时候唤醒，而不是60次每秒。系统会尽量避免工作并且在屏幕不用刷新时关闭VSYNC）。
如果你切换到Grafika's "Play video(TextureView)"并且抓了一个trace时，你会看到一组符号：com.android.grafika/com.android.grafika.PlayMovieActivity. 这是主UI布局，是另外一个BufferQueue。因为TextureVIew是渲染到UI布局（而不是独立的layer），你会在这看到所有视频驱动的更新。
关于systrace工具，参考：Systrace documentation.
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