简述Android图形绘制（SF）部分流程

作者：weixin_40725706 | 2024-03-20 00:53:04

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1.显示渲染--SF消息分发流程:

MessageQueue是SurfaceFlinger中的消息队列，mEventQueue是MessageQueue的一个对象，SF在初次引用时（sp强引用）会对对mEventQueue进行初始化。


* frameworks/native/services/surfaceflinger/MessageQueue.cpp
 
void MessageQueue::init(const sp<SurfaceFlinger>& flinger)
{
    mFlinger = flinger;
    mLooper = new Looper(true);
    mHandler = new Handler(*this);
}

MessageQueue初始化时，创建了一个Looper和一个Handler。此外，在SurfaceFlinger初始化时，创建了一个EventThread，并传给了MessageQueue（里面塞了一个EventThread，接收ET的VSYNC和HOTPLUG事件再发送）。


void SurfaceFlinger::init() {
    ... ...
    sp<VSyncSource> sfVsyncSrc =
            new DispSyncSource(&mPrimaryDispSync, SurfaceFlinger::sfVsyncPhaseOffsetNs, true, "sf");
    mSFEventThread = new EventThread(sfVsyncSrc, *this, true);
    mEventQueue.setEventThread(mSFEventThread);

MessageQueue的setEventThread函数如下：


void MessageQueue::setEventThread(const sp<EventThread>& eventThread)
{
    if (mEventThread == eventThread) {
        return;
    }
 
    if (mEventTube.getFd() >= 0) {
        mLooper->removeFd(mEventTube.getFd());
    }
 
    mEventThread = eventThread;
    mEvents = eventThread->createEventConnection();
    mEvents->stealReceiveChannel(&mEventTube);
    mLooper->addFd(mEventTube.getFd(), 0, Looper::EVENT_INPUT,
            MessageQueue::cb_eventReceiver, this);
}

........这里省略很多EventThread内部对象与MessageQueue的绑定关联代码。

然后由于EventThread就是一个事件分发的线程，threadLoop函数内部会调用waitForEvent，等待事件Event。看看哪些Connection是被触发的，对于被触发的Connection，signalConnections，通过postEvent将事件Event分发出去。

waitForEvent中，采用while循环，条件是signalConnections为空。EventThread中主要控制两事件，Vsync事件和显示屏的HotPlug热插拔事件。这两个事件到来时会调到对应的方法中。

数据是什么地方接受的呢？回到SurfaceFlinger。SurfaceFlinger线程run时，启动一个死循环，循环等待事件。


  void SurfaceFlinger::run() {
        while (true) {
          mEventQueue->waitMessage();
      }
  }

waitMessage，通过采用一个死循环，处理Looper的pollOnce。Looper内部的逻辑就不看了，主要是采用epoll_wait对fd进行监听，BitTube发送Event对象后，epoll_wait结束，调用callback，处理事件。

最后通过Looper分发Message，MessageQueue中，两种Message，INVALIDATE和REFRESH。


void MessageQueue::Handler::dispatchInvalidate() {
    if ((android_atomic_or(eventMaskInvalidate, &mEventMask) & eventMaskInvalidate) == 0) {
        mQueue.mLooper->sendMessage(this, Message(MessageQueue::INVALIDATE));
    }
}

Message的分发略过，Handler对Message的处理如下：


void MessageQueue::Handler::handleMessage(const Message& message) {
    switch (message.what) {
        case INVALIDATE:
            android_atomic_and(~eventMaskInvalidate, &mEventMask);
            mQueue.mFlinger->onMessageReceived(message.what);
            break;
        case REFRESH:
            android_atomic_and(~eventMaskRefresh, &mEventMask);
            mQueue.mFlinger->onMessageReceived(message.what);
            break;
    }
}

收到消息后，再调回SurfaceFlinger在onMessageReceived中处理。

MessageQueue的类图

https://zhuanlan.zhihu.com/p/671941412

2.显示渲染--绘制处理流程:

1.首先应用在onResume的时候会调用WMS的addView ，在 ViewRoot 进行 performTraversals 时，会向 WMS 申请一个 Surface 。WMS 在创建 Surface 时，会生成一个 SurfaceSession ，然后将这个 SurfaceSession 作为参数来构造 Surface，这个surface就是一个图像缓冲区，会向sf去申请创建一个layer。

2.接下来应用会调到sf的createsurface，会调用createlayer，给创建一个layer出来；

3.创建layer的时候，会创建bufferqueueproducer，然后应用可以去给这个layer设置一些参数，设置完了以后会去dq一块buffer出来，这个会调用allocator去用ion的方式去申请一块buffer出来，然后把它lock住，供应用进程使用。

4.然后往这个buffer里面写内容，这个地方以前是cpu往里面写，也就是软件绘制，有了gpu以后，就是调opengl的接口去绘制内容，用硬件绘制，绘制完了就把buffer queue到bufferqueue里面，然后通知surfaceflinger绘制完成，sf就会调用signalLayerUpdate()去刷新。


void SurfaceFlinger::signalLayerUpdate() {
    mEventQueue.invalidate();
}

5.signalLayerUpdate中，调用MQ的invalidate。


void MessageQueue::invalidate() {
    mEvents->requestNextVsync();
}

MQ的invalidate的函数，将请求下一个Vsync。Vsync是一种同步机制，垂直同步，我们可以理解为SurfaceFlinger的工作节拍。

3.显示渲染--合成送显处理流程：

surfaceflinger会在下一次vsync信号和fence机制同步好了以后去，调用handleMessageRefresh（），然后会重新去组装这一帧的layer，根据z值。然后交给hwc去判断，用什么方式去合成。这个地方合成方式有两种，gpu和硬件，如果是gpu合成，就会调用gpu去合成，合成完了之后再返回给sf，sf再委托hwc通过显示驱动去显示。

4.显示渲染--图形缓冲区数据流程：

1.App通过dequeuebuffer获得某一slot的使用权，这时slot的状态切换到DEQUEUED状态，随着dequeueBuffer方法返回的还有releaseFence对象。这时因为releaseFence还没有被signaled，因此此时CPU虽然拿到了buffer的使用权，但别的硬件还在使用这个buffer，所以GPU不能绘制这个buffer，它要等releaseFence signaled后才能绘制。

2.CPU侧APP已经完成了queuebuffer操作，若此时GPU的执行时间较长，这时slot的状态已切换为QUEUED状态，或者vsync已经到来状态变为ACQUIRED状态，这在CPU侧代表该buffer给HWC去合成，但这时HWC的硬件MDP还不能去读里面的数据，它还需要等待acquireFence的signaled信号，只有等到acquireFence的signaled信号才代表GPU的绘制完成并且结束对帧缓冲区的访问。

3.SurfaceFlinger执行到releasebuffer方法时，并不代表HWC已经完成合成任务，很可能它还在读取帧缓冲区，但不妨碍releasebuffer流程的执行。虽然HWC还在使用缓冲区做合成，但此时slot可能已经被应用申请变成DEQUEUED状态，这时GPU并不能直接存取它，要等待代表着HWC使用完毕的releaseFence的signaled信号。

5.显示渲染--应用和SF跨进程处理流程：

1. 创建SurfaceComposerClient对象；

2. SurfaceComposerClient::onFirstRef方法中透过ComposerService::getComposerService()获取到SurfaceFlinger服务的代理客户端；

3. 调用SurfaceFlinger服务的代理客户端的createConnection方法，进而跨进程调用到SurfaceFlinger::createConnection方法；

4. SurfaceFlinger::createConnection方法中创建一个Client对象，并透过Binder返回给SurfaceComposerClient::mClient;

之后再调用SurfaceComposerClient中的方法时就可以通过mClient这个客户端去呼叫到SurfaceFlinger服务的功能了。

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