android Gui系统之SurfaceFlinger(3)---SurfaceFlinger

7.SurfaceFlinger

SurfaceFlinger在前面的篇幅了，多有涉及。

SurfaceFlinger是GUI刷新UI的核心，所以任何关于SurfaceFlinger的改进都会对android UI系统有重大影响。

SurfaceFlinger主要分为4个部分

1）黄油计划---project butter

2）启动过程

3）SurfaceFlinger & BufferQueue的关系

4）Vsync信号的处理

7.1黄油计划

就是给android系统，图上一层“黄油”。我们来看看andorid是怎么给SurfaceFlinger涂上这层黄油的。

butter 由2个组成部分，Vsync & Triple buffer。

Triple buffer：

上面讲到双缓冲区技术，也提到FrameBufferNativeWindow 在申请buffer的时候，可以是2，或者是3.

这个3 就是马上要讲到的Triple Buffer技术。

我们先会过来看看双缓冲技术。

之前说 双缓冲，是把一个buffer放在bitmap上，等到这个所有元素都准备好以后，在把bitmap刷到屏幕上。

这样会解决卡顿的感觉。

我们考虑一种情况，假设屏幕刷新频率是66Hz，CPU频率是100Hz.

之前已经讲了双缓冲技术，这里简单过一下。

如上面的假设，UI的刷新是0.015s，而buffer的准备是0.01s

一个Frame Buffer代表一帧图像。

0.01s：

此时，buffer已经准备好数据，而显示器只显示了图像的2/3

0.015s

显示器显示了第一帧图像，而buffer已经填充了第二帧的1/3

0.02s

Buffer已经准备好了第二帧，而显示器出现了问题，1/3的内容属于第二帧，2/3的内容属于第一帧。

这就是android引入双缓冲技术的原因。

如果buffer准备的时间，比屏幕刷新图像的速度慢呢？

显示屏的每一次刷新，就是对显示器屏幕的扫描，但是它是有间隔的（物理设备嘛，肯定有这个间隔）。

典型的PC显示器屏幕刷新频率是60Hz，这是因为一秒60帧，从人的角度看，就会觉得很流畅。

所以间隔1/60秒，也就是16ms 如果我们准备时间<=16ms,那就可以做到“无缝连接”。画面就很流程。

这段空隙称为VBI。 这个时间就是交换缓冲区最佳的时间。而这个交换的动作就是Vsync 也是SurfaceFlinger的重点。

如果我们图像准备时间<=16ms. OK,画面是很流畅的，但是我们无法保证设备性能一定很very good。所以也有可能画面准备时间超过16ms

我们看看这张图。

刚开始buffer里面有数据A，这时候，可以直接显示在屏幕上。

过了16ms以后，数据B还没准备好，屏幕只能继续显示A。这样就浪费了依次交换的机会。

到下一次交换，B被显示在屏幕上。 这里有段时间被浪费了。

等到下一次A的时候，过了16ms，还是没有准备好，继续浪费。所以双缓冲区技术，也有很大浪费。

有没有办法规避呢，

比如上图 B & A之间的这段时间，如果我增加一个buffer，C。

这样B准备好以后，虽然C没有好，但是B可以显示在屏幕上，等到下一次16ms到了以后，C已经准备好了，这样可以很大程度上减少CPU时间的浪费。

也就是空间换时间的一种思想。

所以多缓冲区就是，就是可以根据系统的实际内存情况，来判断buffer的数量。

7.2 SurfaceFlinger的启动

SurfaceFlinger 我们前面已经说了，它其实就是一个service。

void SurfaceFlinger::onFirstRef()
{
    mEventQueue.init(this);
}

初始化事件队列。

void MessageQueue::init(const sp<SurfaceFlinger>& flinger)
{
    mFlinger = flinger;
    mLooper = new Looper(true);
    mHandler = new Handler(*this);
}

创建了looper & Handler

但是这个looper什么时候起来的呢？

void MessageQueue::waitMessage() {
    do {
        IPCThreadState::self()->flushCommands();
 int32_t ret = mLooper->pollOnce(-1);
switch (ret) {
            case Looper::POLL_WAKE:
            case Looper::POLL_CALLBACK:
                continue;
            case Looper::POLL_ERROR:
                ALOGE("Looper::POLL_ERROR");
            case Looper::POLL_TIMEOUT:
                // timeout (should not happen)
                continue;
            default:
                // should not happen
                ALOGE("Looper::pollOnce() returned unknown status %d", ret);
                continue;
        }
    } while (true);
}

可以看到最终会调用looper启动函数。可以看到Looper::POLL_TIMEOUT: android什么都没做，尽管它们不应该发生。

其实handler兜了一圈，发现最后还是回到surfaceflinger来处理：

void SurfaceFlinger::onMessageReceived(int32_t what) {
    ATRACE_CALL();
    switch (what) {
        case MessageQueue::TRANSACTION: {
            handleMessageTransaction();
            break;
        }
        case MessageQueue::INVALIDATE: {
            bool refreshNeeded = handleMessageTransaction();
            refreshNeeded |= handleMessageInvalidate();
            refreshNeeded |= mRepaintEverything;
            if (refreshNeeded) {
                // Signal a refresh if a transaction modified the window state,
                // a new buffer was latched, or if HWC has requested a full
                // repaint
                signalRefresh();
            }
            break;
        }
        case MessageQueue::REFRESH: {
            handleMessageRefresh();
            break;
        }
    }
}

7.3 client

任何有UI界面App都在surfaceflinger里面有client。

所以是一个app对应一个surfaceflinger里面的client（ISurfaceComposerClient）。

下面我们来分析surfaceflinger的2个重要函数：

sp<ISurfaceComposerClient> SurfaceFlinger::createConnection()
{
    sp<ISurfaceComposerClient> bclient;
    sp<Client> client(new Client(this));
status_t err = client->initCheck();
if (err == NO_ERROR) {
        bclient = client;
    }
    return bclient;
}

返回ISurfaceComposerClient，也就是client的bind对象实体。

其实就上面标红的一句，进行必要的有效性检查，现在代码：

status_t Client::initCheck() const {
    return NO_ERROR;
}

有了clinet以后，看下surface的产生。

status_t Client::createSurface(
        const String8& name,
        uint32_t w, uint32_t h, PixelFormat format, uint32_t flags,
        sp<IBinder>* handle,
        sp<IGraphicBufferProducer>* gbp)
{
    /*
     * createSurface must be called from the GL thread so that it can
     * have access to the GL context.
     */

    class MessageCreateLayer : public MessageBase {
        SurfaceFlinger* flinger;
        Client* client;
        sp<IBinder>* handle;
        sp<IGraphicBufferProducer>* gbp;
        status_t result;
        const String8& name;
        uint32_t w, h;
        PixelFormat format;
        uint32_t flags;
    public:
        MessageCreateLayer(SurfaceFlinger* flinger,
                const String8& name, Client* client,
                uint32_t w, uint32_t h, PixelFormat format, uint32_t flags,
                sp<IBinder>* handle,
                sp<IGraphicBufferProducer>* gbp)
            : flinger(flinger), client(client),
              handle(handle), gbp(gbp),
              name(name), w(w), h(h), format(format), flags(flags) {
        }
        status_t getResult() const { return result; }
        virtual bool handler() {
result = flinger->createLayer(name, client, w, h, format, flags,
                    handle, gbp);
return true;
        }
    };

    sp<MessageBase> msg = new MessageCreateLayer(mFlinger.get(),
            name, this, w, h, format, flags, handle, gbp);
mFlinger->postMessageSync(msg);
return static_cast<MessageCreateLayer*>( msg.get() )->getResult();
}

到来到去，其实就2句话：

postMessageSync，其实就是一开始不会直接创建surface，然后放入surfaceflinger队列里，这样不会打断现在的操作。

然后启动createlayer方法。这个方法之前已经分析过了。

参考：

《深入理解android内核设计思想》 林学森