深入Android S (12.0) 探索Framework之输入系统IMS的构成与启动

news2024/11/19 19:38:29

文章目录

  • 前言
  • 一、输入系统的基本组成部分
  • 二、输入系统相关源码分析
    • 1、IMS 构建
      • 1.1、SystemServer # startOtherServices()
      • 1.2、InputManagerService
      • 1.3、NativeInputManager # nativeInit()
      • 1.4、NativeInputManager
      • 1.5、InputManager
      • 1.6、InputDispatcher
      • 1.7、InputReader
      • 1.8、EventHub
      • 1.9、小结
    • 2、IMS 启动
      • 2.1、IMS # start()
      • 2.2、NativeInputManager # nativeStart()
      • 2.3、InputManager # start()
      • 2.4、InputDispatcher # start()
      • 2.5、InputReader # start()
      • 2.6、InputThread
    • 3、IMS 系统就绪
  • 三、总结
    • 1、IMS 启动时序图
    • 2、IMS 成员关系图
  • 参考

前言

Android 输入系统(Input System) 的工作原理，包括：输入设备的管理、输入事件的加工方式及派发流程。首先输入设备包括：触摸屏，键盘，鼠标和手柄等，其中触摸屏与键盘是 Android 最普遍也是最标准的输入设备。当用户操作输入设备时，Linux 内核接收到相应的硬件中断，然后将中断加工成原始的输入事件数据并写入其对应的设备节点中，在用户空间可以通过输入系统内部的读取函数将原始事件数据读出，并进行一系列的翻译加工成 Android 输入事件，然后在所有的窗口中寻找合适的事件接收者，并派发给它来消费该输入事件。可见，输入系统在整个输入事件处理过程中起到了承上启下的衔接作用。

一、输入系统的基本组成部分

IMS 的总体流程与参与者
上图展示了输入事件的处理流程以及输入系统中最基本的参与者，下面简要介绍一下各个参与者：

  • Linux 内核：接受输入设备的中断，并将原始输入事件的数据写入设备节点中；
  • 设备节点：内核与 InputManagerService 的桥梁，它将原始事件的数据暴露给用户空间，以便 InputManagerService 可以从中读取事件；
  • InputManagerService：Android 系统服务，以后简称 IMS，其分为 Java 层和 Native 层两部分。Java 层负责与 WindowManagerService 通信。而 Native 层则是InputReader 和 InputDispatcher 两个输入系统关键组件的运行容器；
  • EventHub：直接访问所有的设备节点。并且正如其名字所描述的，它通过一个名为 getEvents( ) 的函数将所有输入系统相关的待处理的底层事件返回给使用者，包括原始输入事件、设备节点的增删等。
  • InputReader：IMS 中的关键组件之一，运行于一个独立的线程中，负责管理输入设备的列表与配置，以及进行输入事件的加工处理。通过其线程循环不断地通过 getEvent( ) 函数从 EventHub 中将事件取出并进行处理。对于设备节点的增删事件，将会更新输入设备列表与配置。对于原始输入事件，InputReader 对其进行翻译、组装、封装为包含更多信息、更具可读性的输入事件，然后交给 InputDispatcher 进行派发；
  • InputReaderPolicy：为 InputReader 的事件加工处理提供一些策略配置，例如键盘布局信息等；
  • InputDispatcher：IMS 中的另一个关键组件，也运行于一个独立的线程中。InputDispatcher 中保管了来自 WindowManagerService 的所有窗口的信息，其收到来自 InputReader 的输入事件后，会在其保管的窗口中寻找合适的窗口，并将事件派发给此窗口；
  • InputDispatcherPolicy：为 InputDispatcher 的派发过程提供策略控制。例如截取某些特定的输入事件用作特殊用途，或者阻止将某些事件派发给目标窗口。一个典型的例子就是 HOME 键被 InputDispatcherPolicy 截取到 PhoneWindowManager 中进行处理，并阻止窗口收到 HOME 键按下的事件；
  • WindowManagerService：虽不是输入系统中的成员，但却对 InputDispatcher 的正常工作起到了至关重要的作用。当新建窗口时，WMS 为新窗口和 IMS 之间创建了事件传递所用的通道。另外，WMS 还将所有窗口的信息，包括窗口的可点击区域、焦点窗口等信息，实时地更新到 IMS 的 InputDispatcher 中，使得 InputDispatcher 可以正确地将事件派发到指定的窗口；
  • ViewRootImpl：对某些窗口，如壁纸窗口、SurfaceView 的窗口来说，窗口就是输入事件派发的终点。而对其他的如 Activity、对话框等使用了 Android 控件系统的窗口来说，输入事件的终点是控件 View。ViewRootImpl 将窗口所接收的输入事件沿着控件树将事件派发给感兴趣的控件 View；

二、输入系统相关源码分析

我们知道，Zygote 进程创建并启动后，在 fork 出的子进程 SystemServer 的初始化过程中启动 Android 系统所有的 Service 服务，这些系统服务分为三大类：引导服务、核心服务及其他服务，具体的启动流程可参考探索Framework之SystemServer进程的启动详解。

输入系统服务 IMS 是在启动其他服务里面启动的，接下来从源码的角度来继续探索分析。

1、IMS 构建

在 SystemServer 类中找到启动其他服务 startOtherServices() 方法的代码，提取主要的逻辑代码进行分析，源码如下：

1.1、SystemServer # startOtherServices()

xref: /frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java

public final class SystemServer implements Dumpable {
	......
	private void startOtherServices(@NonNull TimingsTraceAndSlog t) {
        final Context context = mSystemContext;
        WindowManagerService wm = null;
        ......
        InputManagerService inputManager = null;
        ......
        try {
        	......// 启动 InputManagerService 服务
            t.traceBegin("StartInputManagerService"); 
            // 新建 InputManagerService 对象
        	inputManager = new InputManagerService(context);
        	......
        	t.traceBegin("StartWindowManagerService"); // 启动 WindowManagerService 服务
        	mSystemServiceManager.startBootPhase(t, SystemService.PHASE_WAIT_FOR_SENSOR_SERVICE);
        	// 使用新建的 IMS 对象来构建 WMS 对象
        	wm = WindowManagerService.main(context, inputManager, !mFirstBoot, mOnlyCore,
                	new PhoneWindowManager(), mActivityManagerService.mActivityTaskManager);
        	......// 将 InputManagerService 发布到 ServiceManager 以便调用者可以访问 IMS 提供的接口
        	ServiceManager.addService(Context.INPUT_SERVICE, inputManager,
                	/* allowIsolated= */ false, DUMP_FLAG_PRIORITY_CRITICAL);
        	t.traceBegin("SetWindowManagerService"); // ActivityManagerService 设置 WindowManagerService
        	mActivityManagerService.setWindowManager(wm);
        	t.traceBegin("StartInputManager"); // 设置向 WMS 发起回调的 callback 对象
			inputManager.setWindowManagerCallbacks(wm.getInputManagerCallback());
			inputManager.start(); // 启动 InputManagerService，具体见
			......
        } catch (Throwable e) {
        	......// 日志输出并抛出异常
        }
        ......
        final InputManagerService inputManagerF = inputManager;
        t.traceBegin("MakeInputManagerServiceReady");
        try {
            if (inputManagerF != null) {
            	// 输入系统 IMS 准备就绪
                inputManagerF.systemRunning();
            }
        } catch (Throwable e) {
            reportWtf("Notifying InputManagerService running", e);
        }
        ......
    }
	......
}

IMS 的启动流程可以分为以下三个步骤：

  1. 构建 IMS 实例对象，并建立上层与底层的映射关系。
  2. 启动 IMS，其内部就是启动 native 层输入系统的几个重要参与者（后续会分析）。
  3. IMS 系统就绪，此时 Java 层会同步一些配置给 native 层输入系统。

首先是 IMS 实例对象的构建，分析查看 IMS 类的源码

1.2、InputManagerService

xref: /frameworks/base/services/core/java/com/android/server/input/InputManagerService.java

public class InputManagerService extends IInputManager.Stub
		implements Watchdog.Monitor {
	......
	private final Context mContext;
	private final InputManagerHandler mHandler;
	......
	private static native long nativeInit(InputManagerService service,
			Context context, MessageQueue messageQueue);
	......
	public InputManagerService(Context context) {
        this.mContext = context;
        // 获取 DisplayThread 的 Looper 创建 IMS 内部的 InputManagerHandler 对象
        this.mHandler = new InputManagerHandler(DisplayThread.get().getLooper());
        mStaticAssociations = loadStaticInputPortAssociations();
        mUseDevInputEventForAudioJack =
                context.getResources().getBoolean(R.bool.config_useDevInputEventForAudioJack);
        Slog.i(TAG, "Initializing input manager, mUseDevInputEventForAudioJack="
                + mUseDevInputEventForAudioJack);
		// 每一个分为 Java 和 Native 两部分的对象在创建时都会有一个 native 函数
		// 在创建 Java 层对象的同时 native 层也创建一个，注意：使用的是同一个 Looper 对象
		// mPtr 指向底层创建的 NativeInputManager 对象
        mPtr = nativeInit(this, mContext, mHandler.getLooper().getQueue());

        String doubleTouchGestureEnablePath = context.getResources().getString(
                R.string.config_doubleTouchGestureEnableFile);
        mDoubleTouchGestureEnableFile = TextUtils.isEmpty(doubleTouchGestureEnablePath) ? null :
                new File(doubleTouchGestureEnablePath);
		// 新建 IMS 的本地系统服务 LocalService，其继承自 InputManagerInternal 抽象接口，并加入到 LocalServices 中
        LocalServices.addService(InputManagerInternal.class, new LocalService());
    }
}

方法中，获取 DisplayThread 的 Looper，新建 InputManagerHandler 对象，然后调用 native 层的 nativeInit() 函数，创建NativeInputManager 对象，最后新建 IMS 的本地系统服务 LocalService，其继承自 InputManagerInternal 抽象接口，并加入到 LocalServices 中。

DisplayThread 在 system_server 进程中是单例的，且只能被 WindowManager、DisplayManager、InputManager 使用。

1.3、NativeInputManager # nativeInit()

xref: /frameworks/base/services/core/jni/com_android_server_input_InputManagerService.cpp

static const JNINativeMethod gInputManagerMethods[] = { // JNI 注册的映射关系
        /* name, signature, funcPtr */
        {"nativeInit",
         "(Lcom/android/server/input/InputManagerService;Landroid/content/Context;Landroid/os/"
         "MessageQueue;)J",
         (void*)nativeInit},
};

static jlong nativeInit(JNIEnv*env, jclass /* clazz */,
        jobject serviceObj, jobject contextObj, jobject messageQueueObj) {
    // 由传入的 Java 层的 MessageQueue 转换获取 native 层的 MessageQueue
	sp<MessageQueue> messageQueue = android_os_MessageQueue_getMessageQueue(env, messageQueueObj);
	if (messageQueue == nullptr) {
		jniThrowRuntimeException(env, "MessageQueue is not initialized.");
		return 0;
	}
	// 新建 NativeInputManager 对象，此对象将是 native 层组件与 Java 层 IMS 进行通信的桥梁
	NativeInputManager * im = new NativeInputManager(contextObj, serviceObj,
            messageQueue -> getLooper());
	im -> incStrong(0);
	// 返回指向 NativeInputManager 对象的指针给 Java 层的 IMS，IMS 将其保存在 mPtr 成员变量中
	return reinterpret_cast < jlong > (im);
}

通过 JNI 注册的映射关系，找到 native 层的 nativeInit() 函数，首先由传入的 Java 层的 MessageQueue 转换获取 native 层的 NativeMessageQueue 对象，然后新建 NativeInputManager 对象。

1.4、NativeInputManager

xref: /frameworks/base/services/core/jni/com_android_server_input_InputManagerService.cpp

class NativeInputManager : public virtual RefBase,
    public virtual InputReaderPolicyInterface,
    public virtual InputDispatcherPolicyInterface,
    public virtual PointerControllerPolicyInterface {

public:
    NativeInputManager(jobject contextObj, jobject serviceObj, const sp<Looper>& looper);
    inline sp<InputManagerInterface> getInputManager() const { return mInputManager; }
    
private:
    sp<InputManagerInterface> mInputManager;  
    jobject mServiceObj; // IMS 对象
    sp<Looper> mLooper; // Looper 对象
    Mutex mLock;
	struct Locked {
		......例如，mLocked.showTouches 是
		// 如果为 True，则启用指针手势
		bool pointerGesturesEnabled;
		// 由开发者选项中 "Show taps" 决定的，其功能是在屏幕上显示一个触摸点
		bool showTouches;
		......
	} mLocked GUARDED_BY(mLock);
    std::atomic<bool> mInteractive;
    ......
    static inline JNIEnv* jniEnv() {
	    return AndroidRuntime::getJNIEnv();
    }
};

NativeInputManager::NativeInputManager(jobject contextObj,
        jobject serviceObj, const sp<Looper>&looper) :
        mLooper(looper),mInteractive(true) {
    JNIEnv * env = jniEnv();
    // 保存 Java 层的 InputManagerService 对象
    mServiceObj = env -> NewGlobalRef(serviceObj);
    {	// mLocked 的类型是 struct Locked，这里初始化了一些参数，这些参数会被 Java 层改变
        AutoMutex _l (mLock);
        mLocked.systemUiLightsOut = false;
        mLocked.pointerSpeed = 0;
        mLocked.pointerGesturesEnabled = true;
        mLocked.showTouches = false;
        mLocked.pointerCapture = false;
        mLocked.pointerDisplayId = ADISPLAY_ID_DEFAULT;
    }
    mInteractive = true;
    // 创建了 native 层的 InputManager，它才是底层输入系统的服务
    InputManager * im = new InputManager(this, this);
    mInputManager = im;
    // 将 InputManager 注册到 ServiceManager 中
    defaultServiceManager()->addService(String16("inputflinger"), im);
}
  1. 在 NativeInputManager 的构造函数中，创建一个全局引用，并通过 mServiceObj 指向 Java 层的 IMS 对象，便于后续可以通过 mServiceObj 调用 Java 层 IMS 对象的方法。
  2. 初始化参数，这里要注意一个结构体变量 mLocked，它的一些参数都是由 Java 层控制的。
  3. 然后将自己作为参数来新建 InputManager 对象，并将 InputManager 注册到 ServiceManager 中，InputManager 才是 native 层输入系统的服务。

注意：由 NativeInputManager 类的声明可以看到，其实现了 InputReaderPolicyInterface 与 InputDispatcherPolicyInterface 两个接口。

1.5、InputManager

xref: /frameworks/native/services/inputflinger/InputManager.h

class InputManager : public InputManagerInterface, public BnInputFlinger {
protected:
	~InputManager() override;
 
public:
	InputManager(
			const sp<InputReaderPolicyInterface>& readerPolicy,
            const sp<InputDispatcherPolicyInterface>& dispatcherPolicy);
	......
private:
	sp<InputReaderInterface> mReader;
    sp<InputClassifierInterface> mClassifier;
    sp<InputDispatcherInterface> mDispatcher;
};

xref: /frameworks/native/services/inputflinger/InputManager.cpp

InputManager::InputManager(
		const sp<InputReaderPolicyInterface>& readerPolicy,
		const sp<InputDispatcherPolicyInterface>& dispatcherPolicy) {
    // 创建 InputDispatcher 对象，使用 InputDispatcherPolicyInterface 接口，用于对事件进行分发
	mDispatcher = createInputDispatcher(dispatcherPolicy);
	// 创建 InputClassifier 对象，使用 InputListenerInterface，用于对事件分类
	mClassifier = new InputClassifier(mDispatcher);
	// 创建 InputReader 对象，使用 InputReaderPolicyInterface 和 InputListenerInterface
	// 其通过 EventHub 监听"/dev/input"事件，获取事件，然后把事件加工后，发送给 InputClassfier
	mReader = createInputReader(readerPolicy, mClassifier);
}

在 InputManager 内部创建了三个子模块：InputReader、InputClassifier、InputDispatcher，其作用如下：

  1. InputReader：负责从 EventHub 中获取事件，然后把事件加工后，发送给 InputClassfier。
  2. InputClassifer：负责把事件发送给 InputDispatcher，但是它会对触摸事件进行一个分类工作。
  3. InputDispatcher：对进行事件分发。

此外，在上一小节的分析中，我们知道在构建 InputManager 实例对象时使用了两个 this 参数，而 InputManager 构造函数需要的两个接口参数正是由 NativeInputManager 实现的，而具体使用这两个接口的不是 InputManager 自身，而是它内部的子模块 InputDispatcher 和 InputReader。

InputDispatcher 和 InputReader 在构建时都传递了 NativeInputManager 对象参数，并赋值到各自的 mPolicy 变量，后续可直接通过 mPolicy 调用 Java 层 IMS 对象方法，因此 InputManager 向 Java 层通信的能力是由子模块 InputDispatcher 和 InputReader 实现的。

接下来首先来看看 InputDispatcher 是如何通过 createInputDispatcher() 函数创建的，详见接下来两节的源码分析。

1.6、InputDispatcher

xref: /frameworks/native/services/inputflinger/dispatcher/InputDispatcherFactory.cpp

sp<InputDispatcherInterface> createInputDispatcher(
		const sp<InputDispatcherPolicyInterface>& policy) {
	return new android::inputdispatcher::InputDispatcher(policy);
}

方法很简单，内部直接新建 InputDispatcher 对象，再继续查看 InputDispatcher 的构造函数：

xref: /frameworks/native/services/inputflinger/dispatcher/InputDispatcher.h

class InputDispatcher : public android::InputDispatcherInterface {
protected:
	~InputDispatcher() override;

public:
	explicit InputDispatcher(const sp<InputDispatcherPolicyInterface>& policy);
......
private:
	std::unique_ptr<InputThread> mThread;
	sp<InputDispatcherPolicyInterface> mPolicy;
	sp<Looper> mLooper;
	sp<InputReporterInterface> mReporter;
};

xref: /frameworks/native/services/inputflinger/dispatcher/InputDispatcher.cpp

InputDispatcher::InputDispatcher(const sp<InputDispatcherPolicyInterface>& policy)
	  : mPolicy(policy),
		mPendingEvent(nullptr),
        mLastDropReason(DropReason::NOT_DROPPED),
		mIdGenerator(IdGenerator::Source::INPUT_DISPATCHER),
		mAppSwitchSawKeyDown(false),
		mAppSwitchDueTime(LONG_LONG_MAX),
		mNextUnblockedEvent(nullptr),
		mDispatchEnabled(false),
		mDispatchFrozen(false),
		mInputFilterEnabled(false),
		// mInTouchMode will be initialized by the WindowManager to the default device config.
		// To avoid leaking stack in case that call never comes, and for tests,
		// initialize it here anyways.
		mInTouchMode(true),
		mMaximumObscuringOpacityForTouch(1.0f),
		mFocusedDisplayId(ADISPLAY_ID_DEFAULT),
		mFocusedWindowRequestedPointerCapture(false),
		mWindowTokenWithPointerCapture(nullptr),
		mLatencyAggregator(),
		mLatencyTracker(&mLatencyAggregator),
		mCompatService(getCompatService()) {
	mLooper = new Looper(false); // 新建自己的 Looper 对象
    mReporter = createInputReporter(); // 新建 InputReporter 对象
        
    mKeyRepeatState.lastKeyEntry = nullptr;
    policy->getDispatcherConfiguration(&mConfig);
}

在调用 InputDispatcher 的构造函数构建实例对象的同时将入参 policy 赋值给 mPolicy 进行保存 (这里入参 policy 即是 NativeInputManager 对象)。其次新建自己的 Looper 对象，然后使用类似创建 InputDispatcher 的 createInputReporter() 函数新建 InputReporter 对象，代码比较简单，不再深入追踪，感兴趣的可自行查看。

1.7、InputReader

接着来看看 InputReader 是如何通过 createInputReader() 函数创建的，一起跟着源码来学习。
xref: /frameworks/native/services/inputflinger/reader/InputReaderFactory.cpp

sp<InputReaderInterface> createInputReader(const sp<InputReaderPolicyInterface>& policy,
                                           const sp<InputListenerInterface>& listener) {
	// 创建 EventHub 对象传入到 InputReader 的构造函数中来新建 InputReader 对象
	return new InputReader(std::make_unique<EventHub>(), policy, listener);
}

该方法里面，在新建 InputReader 对象时，结合 InputReader 类的构造函数可知，第一个参数是 EventHub 的实例对象，那么 EventHub 对象是怎么创建的呢？

这里需要知道一些 C++ 有关的知识，std::make_unique 的语法如下：

template<typename T, typename... Args>
std::unique_ptr<T> make_unique(Args&&... args);

std::make_unique：是 C++11 标准引入的一个模版函数，用于动态分配指定类型的内存，并返回一个指向分配内存的唯一指针 (即 std::unique_ptr)。语法中，T 是指定的类型，Args 是可变长模板参数包，用于传递给指定类型的构造函数的参数。在调用 std::make_unique 时，通过 Args 包传入构造函数的参数会被转发给类型 T 的构造函数，以生成相应的对象实例。该函数返回的指针是一个 std::unique_ptr 类型，表示一个拥有指向动态内存的所有权的对象。

xref: /frameworks/native/services/inputflinger/reader/include/InputReader.h

class InputReader : public InputReaderInterface {
public:
	InputReader(std::shared_ptr<EventHubInterface> eventHub,
                const sp<InputReaderPolicyInterface>& policy,
				const sp<InputListenerInterface>& listener);
	virtual ~InputReader();
protected:
	// 在循环过程的每次迭代中，InputReader 读取并处理一条来自 EventHub 的传入消息
	void loopOnce();
	private:
		std::unique_ptr<InputThread> mThread;
		std::shared_ptr<EventHubInterface> mEventHub;
		sp<InputReaderPolicyInterface> mPolicy;
		sp<QueuedInputListener> mQueuedListener;
};

xref: /frameworks/native/services/inputflinger/reader/InputReader.cpp

InputReader::InputReader(std::shared_ptr<EventHubInterface> eventHub,
                         const sp<InputReaderPolicyInterface>& policy,
                         const sp<InputListenerInterface>& listener)
	  : mContext(this),
	    mEventHub(eventHub),
	    mPolicy(policy),
        mGlobalMetaState(0),
 	    mLedMetaState(AMETA_NUM_LOCK_ON),
	    mGeneration(1),
	    mNextInputDeviceId(END_RESERVED_ID),
	    mDisableVirtualKeysTimeout(LLONG_MIN),
	    mNextTimeout(LLONG_MAX),
	    mConfigurationChangesToRefresh(0) {
	mQueuedListener = new QueuedInputListener(listener);

    { // acquire lock
        std::scoped_lock _l(mLock);
	    refreshConfigurationLocked(0);
	    updateGlobalMetaStateLocked();
	} // release lock
}

与构建 InputDispatcher 对象类似，在调用 InputReader 的构造函数构建实例对象的同时将入参 policy 赋值给 mPolicy，eventHub 对象赋值给 mEventHub 保存，同时新建 QueuedInputListener 监听对象。

通过前一小节的分析可知，EventHub 实例对象是通过调用 std::make_unique() 函数来创建的，那接下来一起去看看 EventHub 具体都做了些什么？

1.8、EventHub

xref: /frameworks/native/services/inputflinger/reader/include/EventHub.h

class EventHub : public EventHubInterface {
public:
	EventHub();
private:
	int32_t mNextDeviceId;
	BitSet32 mControllerNumbers;
	std::unordered_map<int32_t, std::unique_ptr<Device>> mDevices;
	std::vector<std::unique_ptr<Device>> mOpeningDevices;
	std::vector<std::unique_ptr<Device>> mClosingDevices;
	int mEpollFd;
	int mINotifyFd;
	int mWakeReadPipeFd;
	int mWakeWritePipeFd;
	int mInputWd;
	int mVideoWd;
	// 一次最多可处理的信号fd的数量
	static const int EPOLL_MAX_EVENTS = 16;
	// 挂起的 epoll 事件数组和下一个要处理的事件的索引
	struct epoll_event mPendingEventItems[EPOLL_MAX_EVENTS];
	size_t mPendingEventCount;
	size_t mPendingEventIndex;
	bool mPendingINotify;
};

xref: /frameworks/native/services/inputflinger/reader/EventHub.cpp

EventHub::EventHub(void)
      : mBuiltInKeyboardId(NO_BUILT_IN_KEYBOARD),
        mNextDeviceId(1),
        mControllerNumbers(),
		mNeedToSendFinishedDeviceScan(false),
		mNeedToReopenDevices(false),
		mNeedToScanDevices(true),
		mPendingEventCount(0),
		mPendingEventIndex(0),
		mPendingINotify(false) {
	ensureProcessCanBlockSuspend();
	// 创建 Epoll 对象，mEpollFd 为 Epoll 对象的描述符
    mEpollFd = epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC);
	mINotifyFd = inotify_init(); // 创建并初始化 INotify 对象
	// DEVICE_PATH值为"/dev/input"，监听该目录下的设备节点创建与删除操作，然后通过 read 函数读取事件
	mInputWd = inotify_add_watch(mINotifyFd, DEVICE_PATH, IN_DELETE | IN_CREATE);
	......
	struct epoll_event eventItem = {};
	eventItem.events = EPOLLIN | EPOLLWAKEUP;
	eventItem.data.fd = mINotifyFd;
    //epoll_ctl 将事件监听添加到 Epoll 对象中，参数值 EPOLL_CTL_ADD：表示增加事件
	int result = epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_ADD, mINotifyFd, &eventItem);

	int wakeFds[2];
	result = pipe(wakeFds);

	mWakeReadPipeFd = wakeFds[0];
	mWakeWritePipeFd = wakeFds[1];
	result = fcntl(mWakeReadPipeFd, F_SETFL, O_NONBLOCK);
	result = fcntl(mWakeWritePipeFd, F_SETFL, O_NONBLOCK);

	eventItem.data.fd = mWakeReadPipeFd;
	result = epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_ADD, mWakeReadPipeFd, &eventItem);
	......
}

EventHub 的构造函数主要工作有：

  1. 新建并初始化 Epoll、INotify 对象等。
  2. 调用 inotify_add_watch 函数，监听 “/dev/input” 目录下的设备节点创建与删除操作，然后通过 read() 函数读取事件。
  3. 将 INotify 添加到 Epoll 中，作为一个监控对象。
  4. 创建管道，将管道读取端的可读事件添加到 Epoll 中，使 epoll_wait() 函数返回，唤醒 InputReader 线程。

至此，IMS 在 Java 层和 native 层的实例对象都已创建完成，并且在这个过程中，输入系统的重要参与者也均创建完成。

1.9、小结

IMS的结构体系
Java 层的 IMS 的主要工作是为 ReaderPolicy 与 DispatcherPolicy 提供实现，以及与 Android 其他系统服务进行协作，其中最主要的协作者是 WMS。

NativeInputManager 位于 IMS 的 JNI 层，负责 Native 层的组件与 Java 层的 IMS 之间的相互通信。同时为 InputReader 及 InputDispatcher 提供了策略请求的接口。策略请求被他转发给 Java 层的 IMS，由 IMS 进行最终的决策定夺。

InputManager 是 InputReader 与 InputDispatcher 的运行容器，在启动 InputReader 与 InputDispatcher 时，分别新建自己的运行线程 InputThreadImpl 并启动运行。

2、IMS 启动

在上一节的 SystemServer # startOtherServices() 方法中，在构建完 IMS 后，IMS 系统中的各个重要参与者仍处于待命状态，需调用 IMS # start() 函数来启动 IMS，继续追踪源码分析：

2.1、IMS # start()

xref: /frameworks/base/services/core/java/com/android/server/input/InputManagerService.java

public class InputManagerService extends IInputManager.Stub
        implements Watchdog.Monitor {
	......
	private static native void nativeStart(long ptr);
	......
 	public void start() {
        Slog.i(TAG, "Starting input manager");
        // 启动 native 层的 IMS
        nativeStart(mPtr);
        Watchdog.getInstance().addMonitor(this);
		// 监听Settings.System.POINTER_SPEED，这个表示手指的速度
        registerPointerSpeedSettingObserver();
        // 监听Settings.System.SHOW_TOUCHES，这个表示是否在屏幕上显示触摸坐标
        registerShowTouchesSettingObserver();
        registerAccessibilityLargePointerSettingObserver();
        registerLongPressTimeoutObserver();
        registerMaximumObscuringOpacityForTouchSettingObserver();
        registerBlockUntrustedTouchesModeSettingObserver();
		// 监听用户切换
        mContext.registerReceiver(new BroadcastReceiver() {
            @Override
            public void onReceive(Context context, Intent intent) {
                updatePointerSpeedFromSettings();
                updateShowTouchesFromSettings();
                updateAccessibilityLargePointerFromSettings();
                updateDeepPressStatusFromSettings("user switched");
            }
        }, new IntentFilter(Intent.ACTION_USER_SWITCHED), null, mHandler);
		// 从数据库获取值，并传递给 native 层
        updatePointerSpeedFromSettings();
        updateShowTouchesFromSettings();
        updateAccessibilityLargePointerFromSettings();
        updateDeepPressStatusFromSettings("just booted");
        updateMaximumObscuringOpacityForTouchFromSettings();
        updateBlockUntrustedTouchesModeFromSettings();
    }
    ......
}

IMS 的启动过程如下：

  1. 启动 native 层输入系统，其实就是启动刚刚说到的 InputReader 和 InputDispatcher。
  2. 注册监听广播，因为这些广播与输入系统的配置有关，当接收到这些广播，会更新配置到 native 层。
  3. 直接读取配置，更新到 native 层输入系统。

2.2、NativeInputManager # nativeStart()

xref: /frameworks/base/services/core/jni/com_android_server_input_InputManagerService.cpp

static const JNINativeMethod gInputManagerMethods[] = { // JNI 注册的映射关系
        /* name, signature, funcPtr */
        {"nativeStart", "(J)V", (void*)nativeStart},
};

static void nativeStart(JNIEnv* env, jclass /* clazz */, jlong ptr) {
	// 将 Java 层保存的 NativeInputManager 对象的指针转换成 NativeInputManager 对象
	NativeInputManager* im = reinterpret_cast<NativeInputManager*>(ptr);
	// 查看 1.4 NativeInputManager 的源码可知，获取到 InputManager 对象，然后调用其 start() 函数
	status_t result = im->getInputManager()->start();
	if (result) {
		jniThrowRuntimeException(env, "Input manager could not be started.");
	}
}

首先将 Java 层保存 NativeInputManager 对象的指针 mPtr 转换成 NativeInputManager 对象，然后调用 NativeInputManager # getInputManager() 函数获取到 InputManager 对象，接着调用 InputManager # start() 函数继续启动流程。

reinterpret_cast 的功能可以分为两类：1、指针和整数之间的转换；2、不同类型的指针/成员指针/引用之间的转换。

2.3、InputManager # start()

xref: /frameworks/native/services/inputflinger/InputManager.cpp

status_t InputManager::start() {
	// 启动承载 InputDispatcher 的线程
	status_t result = mDispatcher->start();
	if (result) {
		ALOGE("Could not start InputDispatcher thread due to error %d.", result);
		return result;
	}
	// 启动承载 InputReader 的线程
	result = mReader->start();
	if (result) {
		ALOGE("Could not start InputReader due to error %d.", result);
		mDispatcher->stop();
		return result;
	}
	return OK;
}

InputManager 的启动过程很简单，调用 InputDispatcher 和 InputReader 的 start() 函数，启动承载它们运行的线程，来看一下它们是如何启动线程的。

2.4、InputDispatcher # start()

xref: /frameworks/native/services/inputflinger/dispatcher/InputDispatcher.cpp

status_t InputDispatcher::start() {
	if (mThread) {
		return ALREADY_EXISTS;
	}
    mThread = std::make_unique<InputThread>(
			"InputDispatcher", [this]() { dispatchOnce(); }, [this]() { mLooper->wake(); });
	return OK;
}

在方法内，首先判断 mThread 是否已存在，存在则直接返回，不存在则通过 std::make_unique 函数来构建 InputThread 的实例对象，但没有看到启动线程的代码逻辑，带着这个疑问，我们再去看看 InputReader 的 start() 方法。

2.5、InputReader # start()

xref: /frameworks/native/services/inputflinger/reader/InputReader.cpp

status_t InputReader::start() {
	if (mThread) {
		return ALREADY_EXISTS;
	}
    mThread = std::make_unique<InputThread>(
			"InputReader", [this]() { loopOnce(); }, [this]() { mEventHub->wake(); });
	return OK;
}

方法的代码逻辑跟 InputDispatcher 的差不多，也是没有看到启动线程的代码逻辑，既然都是新建 InputThread 对象，那就具体来看一下 InputThread 类。

2.6、InputThread

xref: /frameworks/native/services/inputflinger/include/InputThread.h

class InputThread {
public:
	explicit InputThread(std::string name, std::function<void()> loop,
						 std::function<void()> wake = nullptr);
	virtual ~InputThread();

	bool isCallingThread();
private:
	std::string mName; // 线程名
	std::function<void()> mThreadWake;
	sp<Thread> mThread; // 承载 InputDispatcher\InputReader 运行的线程
};

xref: /frameworks/native/services/inputflinger/InputThread.cpp

class InputThreadImpl : public Thread {
public: // explicit 关键字的作用就是防止类构造函数的隐式自动转换，且只对有一个参数的类构造函数有效
	explicit InputThreadImpl(std::function<void()> loop)
		  : Thread(/* canCallJava */ true), mThreadLoop(loop) {}

	~InputThreadImpl() {}

private:
	std::function<void()> mThreadLoop; // 存储一个可调用对象，这里指的是 lambda 表达式

	bool threadLoop() override {
		mThreadLoop();
		return true;
	}
};

InputThread::InputThread(std::string name, std::function<void()> loop, std::function<void()> wake)
	  : mName(name), mThreadWake(wake) {
	// 使用封装的可调用对象 loop 新建 InputThreadImpl 对象
	mThread = new InputThreadImpl(loop);
	// 启动 InputThreadImpl 线程
	mThread->run(mName.c_str(), ANDROID_PRIORITY_URGENT_DISPLAY);
}

std::function：是一个通用的函数封装类，它可以存储、复制和调用任意可调用对象，包括函数指针、函数对象、成员函数指针和lambda 表达式等。通过使用 std::function 作为函数参数，我们可以实现更加灵活的函数调用方式，提高代码的可读性和可维护性。

由代码可知 InputThread 类其本身不是一个线程，其内部是 InputThreadImpl 类来实现线程的具体功能。使用封装的可调用对象 loop 构建 InputThreadImpl 对象，然后调用其 run() 函数来启动线程。

InputThreadImpl 类继承自 Thread 类，而 C++ 的 Thread 类提供了一个名为 threadLoop() 的纯虚函数，当线程开始运行后，将会在内建的线程循环中不断地调用 threadLoop() 函数，直到此函数返回 false，则退出线程循环结束线程。但从 InputThreadImpl 类的定义可以看出，threadLoop() 函数会一直保持循环(返回值始终为 true)，并且每一次循环，会调用一次 mThreadLoop() 函数，而 mThreadLoop() 函数是由 InputDispacher 和 InputReader 在启动时封装好传入的可调用对象。

到这里，终于搞明白了，在 InputDispatcher 启动时，会创建一个线程，然后循环调用 dispatchOnce() 函数，同样 InputReader 启动时，也会创建一个线程，然后循环调用 loopOnce() 函数。

3、IMS 系统就绪

上面两节已完成 IMS 及其重要参与者的构建，并启动了 IMS 系统，接下来就是通知系统 IMS 系统已完成启动并准备就绪，具体看一下源码
xref: /frameworks/base/services/core/java/com/android/server/input/InputManagerService.java

public class InputManagerService extends IInputManager.Stub
		implements Watchdog.Monitor {
	......
	// IMS 系统内部的 Handler，用来处理键盘等输入设备有关的消息
	private final InputManagerHandler mHandler;
	private WiredAccessoryCallbacks mWiredAccessoryCallbacks; // 有线连接的设备回调
	private boolean mSystemReady; // 标志系统是否准备完毕
	private NotificationManager mNotificationManager; // 通知管理
	......
	public void systemRunning() {
        ......
        mNotificationManager = (NotificationManager) mContext.getSystemService(
                Context.NOTIFICATION_SERVICE);

        synchronized (mLidSwitchLock) {
            mSystemReady = true;
			......
            int switchState = getSwitchState(-1 /* deviceId */, InputDevice.SOURCE_ANY, SW_LID);
            for (int i = 0; i < mLidSwitchCallbacks.size(); i++) {
                LidSwitchCallback callback = mLidSwitchCallbacks.get(i);
                callback.notifyLidSwitchChanged(0 /* whenNanos */, switchState == KEY_STATE_UP);
            }
        }
		// 监听广播，通知 native 层加载键盘布局
        IntentFilter filter = new IntentFilter(Intent.ACTION_PACKAGE_ADDED);
        filter.addAction(Intent.ACTION_PACKAGE_REMOVED);
        filter.addAction(Intent.ACTION_PACKAGE_CHANGED);
        filter.addAction(Intent.ACTION_PACKAGE_REPLACED);
        filter.addDataScheme("package");
        mContext.registerReceiver(new BroadcastReceiver() {
            @Override
            public void onReceive(Context context, Intent intent) {
            	// 其内部继续调用 reloadKeyboardLayouts() 函数
                updateKeyboardLayouts();
            }
        }, filter, null, mHandler);
		// 监听广播，通知 native 层加载设备别名
        filter = new IntentFilter(BluetoothDevice.ACTION_ALIAS_CHANGED);
        mContext.registerReceiver(new BroadcastReceiver() {
            @Override
            public void onReceive(Context context, Intent intent) {
                reloadDeviceAliases();
            }
        }, filter, null, mHandler);
		// 通过 InputManagerHandler 发送消息来通知 native 层加载键盘布局和加载设备别名
        mHandler.sendEmptyMessage(MSG_RELOAD_DEVICE_ALIASES);
        mHandler.sendEmptyMessage(MSG_UPDATE_KEYBOARD_LAYOUTS);
		// 如果与系统连接的有线设备的回调不为空，则须回调通知其输入系统 IMS 已准备完毕
        if (mWiredAccessoryCallbacks != null) { 
            mWiredAccessoryCallbacks.systemReady();
        }
    }
	private void reloadKeyboardLayouts() {
		if (DEBUG) {
			Slog.d(TAG, "Reloading keyboard layouts.");
		}
		// 调用 native 层函数来加载键盘布局
		nativeReloadKeyboardLayouts(mPtr);
	}

	private void reloadDeviceAliases() {
		if (DEBUG) {
			Slog.d(TAG, "Reloading device names.");
		}
		// 调用 native 层函数来加载设备别名
		nativeReloadDeviceAliases(mPtr);
	}
    ......
}

注册监听广播，通知 native 层加载键盘布局、设备别名，最后通过 JNI 调用 native 层的函数来加载键盘布局、设备别名。此外，如果与系统连接的有线设备注册的回调不为空，则需回调通知其输入系统 IMS 已准备就绪。

三、总结

1、IMS 启动时序图

IMS 启动时序图

2、IMS 成员关系图

IMS 成员关系图
最后结合 IMS 的启动时序图和成员关系图可以更深刻的理解 IMS 系统的构成与启动过程，下一篇文章来继续探索输入系统的重要组成成员，等待后续吧！

参考

  1. 深入理解Android：卷III

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