Android SurfaceFlinger——服务启动流程（二）

news2024/10/7 6:45:34

        SurfaceFlinger 是 Android 系统中的一个核心服务，负责管理图形缓冲区的合成和屏幕显示，是 Android 图形系统的关键组件。

一、启动流程

        SurfaceFlinger 作为一个系统服务，在 Android 启动早期由 init 进程通过 servicemanager 启动。它是作为用户空间的一部分运行的，通常拥有 root 权限。在初始化阶段，SurfaceFlinger 通常还需要完成以下工作：

  • 设置其运行环境，包括创建必要的线程（如主线程、处理消息的线程等）、初始化硬件模块（如 GPU 驱动）、以及配置显示设备等。
  • 建立 DisplayHardware，SurfaceFlinger 会与硬件抽象层（HAL）交互，通过 HAL 与具体的显示硬件设备进行通信。这包括查询硬件支持的显示模式、分辨率、刷新率等信息，并根据系统配置选择合适的显示模式。
  • 创建 ComposerClient，在某些Android版本中，SurfaceFlinger 会通过HWC（Hardware Composer）与图形硬件直接交互。它会创建一个 ComposerClient 实例来管理硬件合成器，这个过程涉及与硬件加速器的初始化和设置。
  • 初始化 LayerManager，SurfaceFlinger 维护了一个 LayerManager，用于管理所有的 Surface（即图层层）。在初始化时，它会创建根 Layer，这个 Layer 代表整个屏幕，并为后续的窗口和 Surface 创建做准备。
  • 设置色彩管理，包括加载色彩配置文件，确保屏幕颜色准确无误地显示。
  • 建立与 SurfaceControl 的连接，SurfaceControl 是应用程序与 SurfaceFlinger 通信的接口。初始化时，SurfaceFlinger 会准备好接受来自应用程序的 Surface 创建、更新和销毁请求。
  • 事件监听与处理机制，设置 VSync（垂直同步）信号监听，确保每一帧的绘制都在最佳时间点进行，减少撕裂现象。同时，初始化事件处理机制，准备处理来自系统和其他服务的命令和事件。
  • 安全性设置，SurfaceFlinger 还会进行一些安全性方面的初始化，比如设置 SELinux 策略，确保其运行时的权限和访问控制符合系统安全要求。

        整个初始化过程确保了 SurfaceFlinger 能够准备好处理图形数据的接收、合成和显示，为 Android 应用的 UI 渲染提供基础服务。 

        要了解 SurfaceFlinger 的启动流程需要看看 SurfaceFlinger 对应模块目录下的 bp 文件。

1、Android.bp

源码位置：/frameworks/native/services/surfaceflinger/Android.bp

……
cc_defaults {
    name: "libsurfaceflinger_defaults",
    defaults: [
        "surfaceflinger_defaults",
        "skia_renderengine_deps",
    ],
    ……
    shared_libs: [
        ……
        "android.hardware.graphics.allocator@2.0",
        "android.hardware.graphics.allocator@3.0",
        ……
        "android.hardware.graphics.composer@2.1",
        "android.hardware.graphics.composer@2.2",
        "android.hardware.graphics.composer@2.3",
        "android.hardware.graphics.composer@2.4",
        "android.hardware.graphics.composer3-V1-ndk",
        ……
        "libbinder",
        "libbinder_ndk",
        "libcutils",
        "libEGL",
        "libfmq",
        "libGLESv1_CM",
        "libGLESv2",
        ……
    ],
    ……
}
……
filegroup {
    name: "libsurfaceflinger_sources",
    srcs: [
        // cpp源代码文件
        ……
    ],
}
……
filegroup {
    name: "surfaceflinger_binary_sources",
    srcs: [
        ":libsurfaceflinger_sources",
        "main_surfaceflinger.cpp",
    ],
}

cc_binary {
    name: "surfaceflinger",
    defaults: ["libsurfaceflinger_binary"],
    init_rc: ["surfaceflinger.rc"],
    srcs: [
        ":surfaceflinger_binary_sources",
        // 注意:SurfaceFlingerFactory不在文件组中，因此可以很容易地替换它。
        "SurfaceFlingerFactory.cpp",
    ],
    shared_libs: [
        "libSurfaceFlingerProp",
    ],

    logtags: ["EventLog/EventLogTags.logtags"],
}
……

        这里我们可以看到几个核心的内容：

  • android.hardware.graphics.allocator@2.0：图形内存分配器抽象硬件层的实现。
  • android.hardware.graphics.composer@2.x：hwc 图层合成抽象硬件层实现。
  • binder、opengles、hwbinder（抽象硬件层的 binder）等。
  • 设定了SurfaceFlinger 的在 Android 启动初期需要加载的 init.rc 文件——surfaceflinger.rc。
  • SurfaceFlinger 的主函数入口 main_surfaceflinger.cpp。

        在了解了 SurfaceFlinger 模块的 bp 文件后，对于 SurfaceFlinger 的启动流程，我们知道该服务是通过解析 surfaceflinger.rc 进行启动的，并且服务的主函数入口在 main_surfaceflinger.cpp 中。

2、surfaceflinger.rc

源码位置：/frameworks/native/services/surfaceflinger/surfaceflinger.rc

service surfaceflinger /system/bin/surfaceflinger
    class core animation
    user system
    group graphics drmrpc readproc
    // 允许调整进程优先级
    capabilities SYS_NICE
    // 如果surfaceflinger服务重启，且zygote服务正在运行，则同时重启zygote服务
    onrestart restart --only-if-running zygote
    // 指定服务的任务性能配置为HighPerformance
    task_profiles HighPerformance
    socket pdx/system/vr/display/client     stream 0666 system graphics u:object_r:pdx_display_client_endpoint_socket:s0
    socket pdx/system/vr/display/manager    stream 0666 system graphics u:object_r:pdx_display_manager_endpoint_socket:s0
    socket pdx/system/vr/display/vsync      stream 0666 system graphics u:object_r:pdx_display_vsync_endpoint_socket:s0

         这里主要用于定义 surfaceflinger 服务的属性和权限设置，同时还启动了三个 socket，分别用于虚拟现实（VR）显示的客户端连接、管理端连接以及垂直同步（vsync）信号。配置确保了 surfaceflinger 服务能够在 Android 系统中安全高效地运行，处理图形显示和 VR 相关的功能。

3、main_surfaceflinger.cpp

源码位置：/frameworks/native/services/surfaceflinger/main_surfaceflinger.cpp

int main(int, char**) {
    signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
    // 初始化硬件相关的RPC线程池
    hardware::configureRpcThreadpool(1 /* maxThreads */, false /* callerWillJoin */);
    // 启动图形内存分配服务
    startGraphicsAllocatorService();

    // 将Binder线程池的最大线程数设置为4，适用于SurfaceFlinger独立进程场景。
    ProcessState::self()->setThreadPoolMaxThreadCount(4);
    ……
    // 启动线程池
    sp<ProcessState> ps(ProcessState::self());
    ps->startThreadPool();
    ……
    // 创建SurfaceFlinger对象
    sp<SurfaceFlinger> flinger = surfaceflinger::createSurfaceFlinger();

    ……
    // 提升当前进程的调度优先级
    setpriority(PRIO_PROCESS, 0, PRIORITY_URGENT_DISPLAY);
    set_sched_policy(0, SP_FOREGROUND);

    // 根据是否启用CPU集，调整SurfaceFlinger相关线程的CPU使用策略，避免不必要的大核使用
    if (cpusets_enabled()) set_cpuset_policy(0, SP_SYSTEM);

    // 初始化SurfaceFlinger，准备接收客户端连接。
    flinger->init();

    // 通过IServiceManager向系统服务管理器注册SurfaceFlinger及其AIDL接口。
    sp<IServiceManager> sm(defaultServiceManager());
    sm->addService(String16(SurfaceFlinger::getServiceName()), flinger, false,
                   IServiceManager::DUMP_FLAG_PRIORITY_CRITICAL | IServiceManager::DUMP_FLAG_PROTO);

    sp<SurfaceComposerAIDL> composerAIDL = new SurfaceComposerAIDL(flinger);
    sm->addService(String16("SurfaceFlingerAIDL"), composerAIDL, false,
                   IServiceManager::DUMP_FLAG_PRIORITY_CRITICAL | IServiceManager::DUMP_FLAG_PROTO);

    // 启动Display服务
    startDisplayService(); // 依赖于上面注册的SF

    // 确保SurfaceFlinger运行在SCHED_FIFO调度策略下
    if (SurfaceFlinger::setSchedFifo(true) != NO_ERROR) {
        ALOGW("Couldn't set to SCHED_FIFO: %s", strerror(errno));
    }

    // 运行SurfaceFlinger，进入主循环，处理图形显示相关的任务。
    flinger->run();

    return 0;
}

        整个过程涉及了线程管理、资源分配、进程优先级调整等多个方面，确保 SurfaceFlinger 能够高效、稳定地提供图形显示服务。这里有如下几个核心方法：

  • startGraphicsAllocatorService：初始化 Hal 层的图元生成器服务。
  • 初始化 ProcessState，也就是把该进程映射到 Binder 驱动程序。
  • SurfaceFlinger 实例化。
  • set_sched_policy 设置为前台进程。
  • SurfaceFlinger 调用 init 方法。
  • 因为 SurfaceFlinger 本质上也是一个 Binder 服务，因此添加到 ServiceManager 进程中。
  • 初始化 GpuService，也添加到 ServiceManager 进程中。
  • 启动 DisplayService。
  • sched_setscheduler 把进程调度模式设置为实时进程的 FIFO。
  • 调用 SurfaceFlinger 的 run 方法。

二、总结

初始化阶段

        由 init 进程启动：SurfaceFlinger 服务作为 Android 系统中的一个关键服务，是由 init 进程根据 init.rc 配置文件启动的。在这个阶段，init 进程会 fork 出一个新的进程来运行 SurfaceFlinger 服务。

执行main函数

        main_surfaceflinger.cpp：SurfaceFlinger 的生命周期从其 C++ 主入口点 main() 函数开始。这个函数执行一系列初始化操作，包括但不限于：

  • 创建线程池：为了高效处理多任务，SurfaceFlinger 会创建一个线程池。
  • 设置进程和线程优先级：确保 SurfaceFlinger 具有合适的调度优先级以满足实时显示需求。
  • 初始化硬件模块：如 HWC（Hardware Composer）和 EGL（Embedded Graphics Library）等，这些对于图形渲染至关重要。
  • 创建 SurfaceFlinger 对象：这是服务的核心实例，负责管理显示和图层的合成。
  • Binder 初始化：SurfaceFlinger 服务会检查并准备 Binder 机制，这是 Android 系统中进程间通信（IPC）的关键部分。这允许其他应用和服务通过 Binder 接口与 SurfaceFlinger 交互。
  • ServiceManage r 注册：SurfaceFlinger 通过 Binder 向 ServiceManager 注册自己，使其对整个系统可用。这样，其他组件如 Window Manager 等可以发现并连接到 SurfaceFlinger 服务。
  • 启动线程和循环：初始化完成后，SurfaceFlinger 进入主事件循环，监听和处理来自客户端的请求，如创建新的 Surface，更新图层属性，以及执行实际的屏幕合成操作。

        综上所述，SurfaceFlinger 的启动是一个复杂但有序的过程，涉及了从底层硬件初始化到高层服务注册的一系列步骤，确保系统能够高效、稳定地进行图形显示。

流程图

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