Android应用程序与SurfaceFlinger服务之间的共享UI元数据(SharedClient)的创建过程分析
出自:http://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/7867340
在前面一篇文章中,我们分析了Android应用程序与SurfaceFlinger服务的连接过程。Android应用程序成功连接上SurfaceFlinger服务之后,还需要一块匿名共享内存来和SurfaceFlinger服务共享它的UI元数据,以便使得SurfaceFlinger服务可以正确地为它创建以及渲染Surface。在本文中,我们将详细地分析这块用来保存UI元数据的匿名共享内存的创建过程。
在Android应用程序与SurfaceFlinger服务的关系概述和学习计划一文中提到,用来保存Android应用程序的UI元数据的匿名共享内存最终是被结构化为一个SharedClient对象来访问的。每一个与UI有关的Android应用程序进程有且仅有一个SharedClient对象,而且这些SharedClient对象是由Android应用程序请求SurfaceFlinger服务创建的:Android应用程序首先获得SurfaceFlinger服务的一个Binder代理接口,然后再通过这个代理接口得到另外一个类型为UserClient的Binder代理接口,最后就可以通过后一个Binder代理接口来获得一个SharedClient对象。
由于每一个与UI有关的Android应用程序进程有且仅有一个SharedClient对象,因此,Android系统就通过一个单例模式的类来专负责创建和管理这个SharedClient对象。这个类的名称为SurfaceClient,定义在frameworks/base/libs/surfaceflinger_client/Surface.cpp文件中,如下所示:
[cpp] view plain copy- classSurfaceClient:publicSingleton<SurfaceClient>
- {
- //alltheseattributesareconstants
- sp<ISurfaceComposer>mComposerService;
- sp<ISurfaceComposerClient>mClient;
- status_tmStatus;
- SharedClient*mControl;
- sp<IMemoryHeap>mControlMemory;
- SurfaceClient()
- :Singleton<SurfaceClient>(),mStatus(NO_INIT)
- {
- sp<ISurfaceComposer>sf(ComposerService::getComposerService());
- mComposerService=sf;
- mClient=sf->createClientConnection();
- if(mClient!=NULL){
- mControlMemory=mClient->getControlBlock();
- if(mControlMemory!=NULL){
- mControl=static_cast<SharedClient*>(
- mControlMemory->getBase());
- if(mControl){
- mStatus=NO_ERROR;
- }
- }
- }
- }
- friendclassSingleton<SurfaceClient>;
- public:
- status_tinitCheck()const{
- returnmStatus;
- }
- SharedClient*getSharedClient()const{
- returnmControl;
- }
- ssize_tgetTokenForSurface(constsp<ISurface>&sur)const{
- //TODO:wecouldcacheafewtokensheretoavoidanIPC
- returnmClient->getTokenForSurface(sur);
- }
- voidsignalServer()const{
- mComposerService->signal();
- }
- };
当SurfaceClient类的静态成员函数getInstance第一次被调用的时候,系统就会在对应的应用程序进程中创建一个SurfaceClient对象,即会调用SurfaceClient类的构造函数。SurfaceClient类的构造函数首先会调用ComposerService类的静态成员函数getComposerService来获得一个SurfaceFlinger服务的代理接口,并且保存在SurfaceClient类的成员变量mComposerService中,以便以后可以使用。ComposerService类的静态成员函数getComposerService在前面Android应用程序与SurfaceFlinger服务的连接过程分析一文中已经分析过了,这里不再详述。有了SurfaceFlinger服务的代理接口sf之后,SurfaceClient类的构造函数接着就可以调用它的成员函数createClientConnection来获得一个类型为UserClient的Binder代理接口,这个Binder代理接口实现了ISurfaceComposerClient接口,因此,我们可以将它保存在SurfaceClient类的成员变量mClient中。最后,SurfaceClient类的构造函数就调用前面获得的类型为ISurfaceComposerClient的Binder代理接口mClient的成员函数getControlBlock来获得一块用来描述应用程序UI元数据的匿名共享内存mControlMemory,并且将这些匿名共享内存强制转化为一个SharedClient对象mControl,以便后面可以方便地访问UI元数据。
以上就是Android应用程序与SurfaceFlinger服务之间的共享UI元数据(SharedClient)的创建过程的总体描述,接下来我们再详细分析每一步的实现。现在,我们继续分析一下SurfaceClient类的其余成员函数的实现:
1. 成员函数initCheck用来检查一个Android应用程序进程是否已经成功地请求SurfaceFlinger服务创建了一块用来描述UI元数据的SharedClient对象了。
2. 成员函数getSharedClient用来返回用来描述UI元数据的SharedClient对象mControl。
3. 成员函数getTokenForSurface用来返回由参数sur所描述的一个Surface的Token值。这个Token值由SurfaceFlinger服务来创建和管理,并且可以通过前面所获得的类型为UserClient的Binder代理接口mClient的成员函数getTokenSurface来获得。
4. 成员函数signalServer用来通知SurfaceFlinger服务更新Android应用程序UI,这是通过调用SurfaceFlinger服务的代理接口mComposerService的成员函数signal来实现的,实际上就是向SurfaceFlinger服务发送一个信号,以便可以将它唤醒起来更新UI。
介绍完成SurfaceClient类的实现之后,我们还需要了解一下两个类的实现,即UserClient类和SharedClient类的实现,以便可以帮助我们了解用来保存Android应用程序的UI元数据的匿名共享内存的创建过程,以及帮助后面两篇文章对Surface的创建和渲染过程的分析。
接下来,我们就首先分析UserClient类的实现,接着再分析SharedClient类的实现。
在Android应用程序与SurfaceFlinger服务的连接过程分析一文的图2中,我们介绍了用来连接Android应用程序和SurfaceFlinger服务的Client类,而UserClient类和Client类是类似的,它们都实现了相同的接口,只不过是侧重点有所不同。Android应用程序与SurfaceFlinger服务的连接过程分析一文的图2中的Client类替换成UserClient类,就可以得到UserClient类的实现结构图,如图1所示:
图1 UserClient类的实现结构图
UserClient类与Client类最重要的区别是,前者实现了ISurfaceComposerClient接口的成员函数getControlBlock,而后者实现了ISurfaceComposerClient接口的成员函数createSurface。后面我们就会分析UserClient类是如何实现ISurfaceComposerClient接口的成员函数getControlBlock的。
UserClient类的实现暂时就介绍到这里,接下来我们来看SharedClient类的实现。为了方便描述,我们把Android应用程序与SurfaceFlinger服务的关系概述和学习计划一文的图4和图5贴出来,如以下图2和图3所示:
图2 用来描述Android应用程序的UI元数据的SharedClient
图3 SharedBufferStack的结构示意图
每一个SharedClient对象包含了至多31个SharedBufferStack,而每一个SharedBufferStack都对应一个Android应用程序进程中的一个Surface。
SharedClient类定义在文件frameworks/base/include/private/surfaceflinger/SharedBufferStack.h文件中,如下所示:
[cpp] view plain copy- classSharedClient
- {
- public:
- SharedClient();
- ~SharedClient();
- ......
- private:
- ......
- SharedBufferStacksurfaces[SharedBufferStack::NUM_LAYERS_MAX];
- };
它有一个大小为SharedBufferStack::NUM_LAYERS_MAX的SharedBufferStack数组。SharedBufferStack::NUM_LAYERS_MAX的值等于31,定义在SharedBufferStack类中。
SharedBufferStack类同样是定义在文件frameworks/base/include/private/surfaceflinger/SharedBufferStack.h文件中,如下所示:
[cpp] view plain copy- classSharedBufferStack
- {
- ......
- public:
- //Whenchangingthesevalues,theCOMPILE_TIME_ASSERTattheendofthis
- //fileneedtobeupdated.
- staticconstunsignedintNUM_LAYERS_MAX=31;
- staticconstunsignedintNUM_BUFFER_MAX=16;
- staticconstunsignedintNUM_BUFFER_MIN=2;
- staticconstunsignedintNUM_DISPLAY_MAX=4;
- ......
- structSmallRect{
- uint16_tl,t,r,b;
- };
- structFlatRegion{
- staticconstunsignedintNUM_RECT_MAX=5;
- uint32_tcount;
- SmallRectrects[NUM_RECT_MAX];
- };
- structBufferData{
- FlatRegiondirtyRegion;
- SmallRectcrop;
- uint8_ttransform;
- uint8_treserved[3];
- };
- SharedBufferStack();
- ......
- status_tsetDirtyRegion(intbuffer,constRegion®);
- status_tsetCrop(intbuffer,constRect®);
- status_tsetTransform(intbuffer,uint8_ttransform);
- RegiongetDirtyRegion(intbuffer)const;
- RectgetCrop(intbuffer)const;
- uint32_tgetTransform(intbuffer)const;
- //theseattributesarepartoftheconditions/updates
- volatileint32_thead;//server'scurrentfrontbuffer
- volatileint32_tavailable;//numberofdequeue-ablebuffers
- volatileint32_tqueued;//numberofbufferswaitingforpost
- ......
- //notpartoftheconditions
- ......
- volatileint8_tindex[NUM_BUFFER_MAX];
- ......
- int8_theadBuf;//lastretiredbuffer
- ......
- BufferDatabuffers[NUM_BUFFER_MAX];
- };
下面我们简要地对SharedBufferStack类进行分析。
首先,SharedBufferStack类在内部定义了四个常量:
NUM_LAYERS_MAX-- 表示一个Android应用程序最多可以有NUM_LAYERS_MAX个Layer,可以将一个Layer理解为一个Surface。
NUM_BUFFER_MAX-- 表示一个SharedBufferStack至多可以有NUM_BUFFER_MAX个UI元数据缓冲区。
NUM_BUFFER_MIN-- 表示一个SharedBufferStack至少要有UM_BUFFER_MIN个UI元数据缓冲区。
NUM_DISPLAY_MAX-- 表示Android系统至多可以支持NUM_DISPLAY_MAX个显示屏。
从这些常量就可以看出:
1. Android系统至多支持4个显示屏。
2. 一个Android应用程序至多可以同时创建31个Surface。
3. 一个Surface可以有2~16个UI元数据缓冲区,即可以使用2~16缓冲区技术来渲染Surface。
其次,SharedBufferStack类在内部定义了三个结构体:
SmallRect-- 用来描述一个矩形区域,其中,成员变量l、t,、r和b分别表示左上和右下两个角的位置。
FlatRegion-- 用来描述一个SmallRect数组rects ,数组的大小为NUM_RECT_MAX,但是实际个数为count。
BufferData-- 用来描述一个UI元数据缓冲区,它有四个成员变量dirtyRegion、crop、transform和reserved,其中,dirtyRegion用来描述一个Surface需要更新的区域,即裁剪区域,crop用来描述一个Surface的纹理坐标,transform用来描述一个Surface的旋转方向,例如,旋转90度或者上下翻转等等,而reserved是保留给以后使用的。通过这个UI元数据缓冲区,SurfaceFlinger服务就可以正确地把一个Surface的图形缓冲区所描述的图形渲染到屏幕来。
SharedBufferStack类有一个BufferData数组buffers,它的大小为NUM_BUFFER_MAX,即16,就是用来一组UI元数据缓冲区的,这些UI元数据缓冲区的内容可以分别通过setDirtyRegion、setCrop、setTransform、getDirtyRegion、getCrop和getTransform这六个成员函数来访问。这六个成员函数的第一个参数均为一个int值,用来描述要访问的是哪一个BufferData的数据。
SharedBufferStack类还有另外一个类型为int8_t的数组index,它的大小也为NUM_BUFFER_MAX。这个index数组才是一个真正的Stack,它按照一定的规则来访问。index数组的每一个元素的值均是一个索引值,用来映射到数组buffers中去的。例如,假设index[0]的值等于2,那么它就对应数组buffers中的第2个元素,即buffers[2]。
SharedBufferStack类的其余重要成员变量的含义如下所示:
head-- 用来描述一个SharedBufferStack的头部,它是一个索引值,是映射到数组index中去的。
available-- 用来描述一个SharedBufferStack中的空闲UI元数据缓冲区的个数。
queued-- 用来描述一个SharedBufferStack中的已经补使用了的UI元数据缓冲区的个数,即那些在排队等待SurfaceFlinger服务使用的UI元数据缓冲区。
headBuf-- 用来描述一个SharedBufferStack的头部所对应的UI元数据缓冲区的编号,这个编号是映射到数组buffers中去。
关于SharedBufferStack类的实现,我们就暂时介绍到这里,在下一篇文章分析Android应用程序的Surface创建过程时,我们再通过SharedBufferServer类和SharedBufferClient类的实现来进一步理解SharedBufferStack类的实现。
现在,我们就开始详细分析Android应用程序与SurfaceFlinger服务之间的共享UI元数据的创建过程,如图4所示:
图 4 Android应用程序的共享UI元数据的创建过程
接下来我们就详细分析每一个步骤。
Step 1. SurfaceFlinger::createClientConnection
[cpp] view plain copy- sp<ISurfaceComposerClient>SurfaceFlinger::createClientConnection()
- {
- sp<ISurfaceComposerClient>bclient;
- sp<UserClient>client(newUserClient(this));
- status_terr=client->initCheck();
- if(err==NO_ERROR){
- bclient=client;
- }
- returnbclient;
- }
SurfaceFlinger类的成员函数createClientConnection实现在文件frameworks/base/services/surfaceflinger/SurfaceFlinger.cpp中,它的实现很简单,只是创建了一个类型为UserClient的Binder对象client,并且获得它的一个ISurfaceComposerClient接口,最后将这个ISurfaceComposerClient接口,即一个UserClient代理对象,返回给Android应用程序进程。
接下来,我们再继续分析UserClient对象的创建过程,,即UserClient类的构造函数的实现。
Step 2. new UserClient
[cpp] view plain copy- UserClient::UserClient(constsp<SurfaceFlinger>&flinger)
- :ctrlblk(0),mBitmap(0),mFlinger(flinger)
- {
- constintpgsize=getpagesize();
- constintcblksize=((sizeof(SharedClient)+(pgsize-1))&~(pgsize-1));
- mCblkHeap=newMemoryHeapBase(cblksize,0,
- "SurfaceFlingerClientcontrol-block");
- ctrlblk=static_cast<SharedClient*>(mCblkHeap->getBase());
- if(ctrlblk){//constructthesharedstructurein-place.
- new(ctrlblk)SharedClient;
- }
- }
UserClient类的成员变量mFlinger是一个类型为SurfaceFlinger的强指针,它指向了SurfaceFlinger服务,UserClient类的另外一个成员变量mBitmap是一个int32_t值,它是用来为Android应用程序的Surface分配Token值的,即如果它的第n位等于1,那么就表示值等于n的Token已经被分配出去使用了。
UserClient类的构造函数首先得到一个SharedClient对象的大小,接着再将这个大小对齐到页面边界,于是就得到了接下来要创建的匿名共享块的大小cblksize。这块匿名共享内存是一个MemoryHeapBase对象描述的,并且保存在UserClient类的成员变量mCblkHeap。MemoryHeapBase类是用来创建匿名共享内存的一个C++接口,它的实现原理可以参考Android系统匿名共享内存(Anonymous Shared Memory)C++调用接口分析一文。
UserClient类的构造函数得到了一块匿名共享内存之后,紧接着就在这块匿名共享内存上创建了一个SharedClient对象,并且保存在UserClient类的成员变量ctrlblk中,以便后面可以通过它来访问Android应用程序的UI元数据。
回到SurfaceFlinger类的成员函数createClientConnection中,它将一个指向了一个UserClient对象的ISurfaceComposerClient接口返回到Android应用程序进程之后,Android应用程序进程就可以将它封装成一个类型为BpSurfaceComposerClient的Binder代理对象。
Step 3. returnBpSurfaceComposerClient
将一个Binder代理对象封装成一个BpSurfaceComposerClient的过程可以参考前面Android应用程序与SurfaceFlinger服务的连接过程分析一文中的Step 4。
Step 4.UserClient::getControlBlock
[cpp] view plain copy- sp<IMemoryHeap>UserClient::getControlBlock()const{
- returnmCblkHeap;
- }
从前面的Step 2可以知道,UserClient类的成员变量mCblkHeap指向了一块匿名共享内存,UserClient类将这块匿名共享内存返回给Android应用程序之后,Android应用程序就会将它结构化成一个SharedClient对象来访问,并且保存在SurfaceClient类的成员变量mControl中,这个结构化过程就可以参考前面所描述的SurfaceClient类的构造函数了。
至此,用来描述Android应用程序的UI元数据的一个SharedClient对象的创建过程就分析完了。以后当Android应用程序请求SurfaceFlinger服务创建一个Surface的时候,SurfaceFlinger服务就会从这个SharedClient对象中取出一个SharedBufferStack出来,以便可以用作这个Surface的UI元数据缓冲区。在接下来的一篇文章中,我们将详细描述Android应用程序请求SurfaceFlinger服务创建Surface的过程,敬请期待!
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