Android 12系统源码_屏幕设备（一）DisplayManagerService的启动

news2024/11/14 17:14:06

前言

DisplayManagerService是Android Framework中管理显示屏幕相关的模块，各种Display的连接、配置等，都是通过DMS和来管理控制。
在DMS模块中，对显示屏幕的描述分为物理显示屏(physical display)和逻辑显示屏(logical display)，物理屏主要从SurfaceFlinger中读取参数创建，代表实实在在的物理屏，描述其物理特性，不同物理屏有不同的属性。逻辑屏则是相对于对物理屏，侧重于同一个物理屏的不同逻辑设置，受应用和WMS模块影响，如显示区域、显示位置坐标、显示方向等。每一个物理屏幕都对应一个逻辑屏幕，可以修改逻辑屏幕参数，做到同一个物理屏的不同显示方式。
由于不同的物理显示屏有不同的属性和处理方式，因此DMS中通过一系列的屏幕适配器(DisplayAdapter)来和分别各种物理显示屏进行连接。

一、DMS模块常见类

1.1 全局管理类

  • IDisplayManager： IBinder接口，负责DMS和其他组建的IPC工作；
  • DisplayManagerService：继承于SystemService的系统服务，负责整个系统display的控制和管理；
  • DisplayManagerService.LocalService: 继承于DisplayManagerInternal，负责system_server内部其他模块和DMS的交互；
  • DisplayManagerService.BindService: 继承于IDisplayManager，是IDisplayManager的具体实现类；
  • DisplayManagerService.CallbackRecord: DMS内部类，内部持有IDisplayManagerCallback对象，负责执行IDisplayManagerCallback的回调；
  • DisplayManager: 暴露给App层的接口，内部持有DisplayManagerGlobal对象引用，利用DisplayManagerGlobal和DMS进行交互；
  • IDisplayManagerCallback：一个IBinder接口，DMS中发生display相关动作后，会通过该接口回调通知给DisplayManagerGlobal；
  • DisplayManagerGlobal:内部持有IDisplayManager对象引用，App层通过该对象和DMS进行跨IPC交互；
  • DisplayManagerGlobal.DisplayManagerCallback: 继承于IDisplayManagerCallback接口，负责接收来自DMS中display事件的回调；

1.2 数据封装类

  • DisplayDevice: 屏幕设备对象。
  • DisplayDeviceRepository：屏幕设备管理者，内部持有DisplayDevice集合，负责管理屏幕设备对象。
  • WifiDisplayDevice：DisplayDevice的子类，代表通过Wifi连接显示的物理屏幕；
  • OverlayDisplayDevice：DisplayDevice的子类，开发者选项->模拟辅助显示开启后，创建的就是该类对象；
  • VirtualDisplayDevice：DisplayDevice的子类，表示虚拟显示屏幕，用于屏幕录制等；
  • LocalDisplayDevice：DisplayDevice的子类，代表内置物理屏幕，DMS启动后会通过SurfaceControl去读取内置屏幕数据，并创建该类对象；
  • LogicalDisplay：代表逻辑显示屏，每一个physical display都会对应一个logical display；
  • LogicalDisplayMapper：逻辑屏幕设备管理者，内部持有LogicalDisplay对象集合
  • DisplayDeviceInfo： DisplayDevice信息封装类，在创建DisplayDevice时会进行创建，与之对应的是Logical display 的DisplayInfo；
  • DisplayInfo：LogicalDisplay信息的封装类，基本数据由DisplayDeviceInfo中获得，app可以通过WMS来修改自己的参数；
  • DisplayAdapter： 各物理屏和DMS进行连接的适配器；
  • LocalDisplayAdapter: 继承于DisplayAdapter， 用于LocalDisplayDevice和DMS的连接；
  • WifiDisplayAdapter: 继承于DisplayAdapter，用于WifiDisplayDevice的和DMS的连接；
  • OverlayDisplayAdapter：继承于DisplayAdapter，用于OverlayDisplayDevice和DMS的连接；
  • VirtualDisplayAdapter：继承于DisplayAdapter，用于VirtualDisplayDevice和DMS的连接；
  • DisplayAdapter.Listener：用于通知DisplayDevice发生变化的接口，DMS中对其进行了实现，会接收以下三个事件并根据事件作出全局反应：a.添加了新的DisplayDevice ;b.DisplayDevice状态发生变化; c.移除DisplayDevice。
  • DisplayViewport：携带有physical display参数，用于通知IMS display信息。

1.3 基本类结构的对应关系图

在这里插入图片描述

1.4 源码位置

包名目录描述例子
android.hardware.displayframeworks/base/core/java/android/hardware/displayDMS模块管理DisplayManager, DisplayMangaerGlobal, …
android.viewframeworks/base/core/java/android/view逻辑屏配置项相关DisplayInfo, DisplayViewport, …
com.android.server.displayframeworks/base/services/core/java/com/android/server/displayDMS核心DMS，DisplayDevice, …

二、DisplayManagerService的启动流程

系统启动后会启动JVM虚拟机，SystemServer 是虚拟机的第一个进程，由init 进程fork 产生，主要用来启动frameworks层中的服务，DMS服务也是在这里被启动的，下面我们简单列出SystemServer中和DMS启动相关的源码。

frameworks/base/service/java/com/android/server/SystemServer.java

public final class SystemServer {

    private DisplayManagerService mDisplayManagerService;

    public static void main(String[] args) {
        new SystemServer().run();
    }
    
   private void run() {
    	...代码省略...
        try {
            t.traceBegin("StartServices");
            startBootstrapServices(t);//引导服务
            startCoreServices(t);//核心服务
            startOtherServices(t);//其他服务
        } catch (Throwable ex) {
            Slog.e("System", "******************************************");
            Slog.e("System", "************ Failure starting system services", ex);
            throw ex;
        } finally {
            t.traceEnd(); // StartServices
        }
    	...代码省略...
    }
    
    private void startBootstrapServices(@NonNull TimingsTraceAndSlog t) {
        ...代码省略...
        // Display manager is needed to provide display metrics before package manager
        // starts up.
        t.traceBegin("StartDisplayManager");
        mDisplayManagerService = mSystemServiceManager.startService(DisplayManagerService.class);//通过反射构建对象实例
        t.traceEnd();
        // We need the default display before we can initialize the package manager.
        t.traceBegin("WaitForDisplay");
        mSystemServiceManager.startBootPhase(t, SystemService.PHASE_WAIT_FOR_DEFAULT_DISPLAY);//调用DMS的onBootPhase方法
        t.traceEnd();
        ...代码省略...
        // DisplayManagerService needs to setup android.display scheduling related policies
        // since setSystemProcess() would have overridden policies due to setProcessGroup
        mDisplayManagerService.setupSchedulerPolicies();//调用DMS的setupSchedulerPolicies方法
        ...代码省略...
    }
    
    private void startOtherServices(@NonNull TimingsTraceAndSlog t) {
         ...代码省略...
         t.traceBegin("DisplayManagerWindowManagerAndInputReady");
         mDisplayManagerService.windowManagerAndInputReady();//调用DMS的windowManagerAndInputReady方法
         t.traceEnd();
         ...代码省略...
        t.traceBegin("MakeDisplayManagerServiceReady");
        try {
            mDisplayManagerService.systemReady(safeMode, mOnlyCore);//调用DMS的systemReady方法
        } catch (Throwable e) {
            reportWtf("making Display Manager Service ready", e);
        }
        t.traceEnd();
     }
}

2.1 构造方法

DisplayManagerService实例对象是通过SystemServiceManager的startService方法获得的，该方法内部先是通过反射构建DisplayManagerService对象实例的，然后还会调用该对象的onStart方法，先来看下构造方法。

frameworks/base/services/core/java/com/android/server/display/DisplayManagerService.java

public final class DisplayManagerService extends SystemService {

    private final Context mContext;
    //android.display线程的Handler
    private final DisplayManagerHandler mHandler;
    //android.ui线程Handler
    private final Handler mUiHandler;
    //主要负责管理和协调设备的显示模式，包括分辨率、刷新率等。
    //它优化了系统的显示设置，以平衡性能和电池使用，并确保在多显示器配置下的显示效果一致。
    private final DisplayModeDirector mDisplayModeDirector;
    //屏幕设备管理者， 此类内容维护了一个 DisplayDevice 对象的集合，这些对象代表了系统中所有的显示设备。
    //可以通过这个类跟踪各个显示设备的状态、属性和配置。
    private final DisplayDeviceRepository mDisplayDeviceRepo;
    //主要负责逻辑显示设备的映射和管理，确保物理显示设备的状态和配置能够正确映射到逻辑显示设备上。
    //这个类对于支持多显示器和虚拟显示设备的系统功能至关重要。
    private final LogicalDisplayMapper mLogicalDisplayMapper;
    private final Injector mInjector;
    //负责同步和管理屏幕亮度设置，以确保多个显示设备或显示区域的亮度一致，同时优化用户体验和系统协调。
    private final BrightnessSynchronizer mBrightnessSynchronizer;
    
    public DisplayManagerService(Context context) {
        this(context, new Injector());
    }

    @VisibleForTesting
    DisplayManagerService(Context context, Injector injector) {
        super(context);
        mInjector = injector;
        mContext = context;
        //android.display线程handler
        mHandler = new DisplayManagerHandler(DisplayThread.get().getLooper());
        //android.ui线程Handler
        mUiHandler = UiThread.getHandler();
		//管理所有的屏幕设备
        mDisplayDeviceRepo = new DisplayDeviceRepository(mSyncRoot, mPersistentDataStore);
        //负责逻辑显示设备的映射和管理
        mLogicalDisplayMapper = new LogicalDisplayMapper(mContext, mDisplayDeviceRepo,
                new LogicalDisplayListener(), mSyncRoot, mHandler);
        //负责管理和协调设备的显示模式
        mDisplayModeDirector = new DisplayModeDirector(context, mHandler);
        //负责同步和管理屏幕亮度设置
        mBrightnessSynchronizer = new BrightnessSynchronizer(mContext);
        Resources resources = mContext.getResources();
        mDefaultDisplayDefaultColorMode = mContext.getResources().getInteger(
                com.android.internal.R.integer.config_defaultDisplayDefaultColorMode);
        mDefaultDisplayTopInset = SystemProperties.getInt(PROP_DEFAULT_DISPLAY_TOP_INSET, -1);
        float[] lux = getFloatArray(resources.obtainTypedArray(
                com.android.internal.R.array.config_minimumBrightnessCurveLux));
        float[] nits = getFloatArray(resources.obtainTypedArray(
                com.android.internal.R.array.config_minimumBrightnessCurveNits));
        mMinimumBrightnessCurve = new Curve(lux, nits);
        mMinimumBrightnessSpline = Spline.createSpline(lux, nits);

        mCurrentUserId = UserHandle.USER_SYSTEM;
        ColorSpace[] colorSpaces = SurfaceControl.getCompositionColorSpaces();
        mWideColorSpace = colorSpaces[1];
        mAllowNonNativeRefreshRateOverride = mInjector.getAllowNonNativeRefreshRateOverride();
        mSystemReady = false;
    }
}

2.2 执行onStart方法

public final class DisplayManagerService extends SystemService {

    private final PersistentDataStore mPersistentDataStore = new PersistentDataStore();
    
    @Override
    public void onStart() {
        // 加载数据
        synchronized (mSyncRoot) {
            mPersistentDataStore.loadIfNeeded();//加载display中的固定数据
            loadStableDisplayValuesLocked();
        }
        // 在android.display线程中创建默认DisplayAdapter，并进行注册
        mHandler.sendEmptyMessage(MSG_REGISTER_DEFAULT_DISPLAY_ADAPTERS);

        // If there was a runtime restart then we may have stale caches left around, so we need to
        // make sure to invalidate them upon every start.
        DisplayManagerGlobal.invalidateLocalDisplayInfoCaches();
        //向ServiceManager注册BinderService，以便其他模块可以跨进程调用
        publishBinderService(Context.DISPLAY_SERVICE, new BinderService(),
                true /*allowIsolated*/);
        //注册Local Service
        publishLocalService(DisplayManagerInternal.class, new LocalService());
    }
    
}

2.2.1 加载display中的固定数据

frameworks/base/services/core/java/com/android/server/display/PersistentDataStore.java

final class PersistentDataStore {

    private Injector mInjector;

    public PersistentDataStore() {
        this(new Injector());
    }

    @VisibleForTesting
    PersistentDataStore(Injector injector) {
        mInjector = injector;
    }
    
    public void loadIfNeeded() {
        if (!mLoaded) {
            load();
            mLoaded = true;
        }
    }
    
    private void load() {
        clearState();

        final InputStream is;
        try {
            is = mInjector.openRead();
        } catch (FileNotFoundException ex) {
            return;
        }

        TypedXmlPullParser parser;
        try {
            parser = Xml.resolvePullParser(is);
            loadFromXml(parser);
        } catch (IOException ex) {
            Slog.w(TAG, "Failed to load display manager persistent store data.", ex);
            clearState();
        } catch (XmlPullParserException ex) {
            Slog.w(TAG, "Failed to load display manager persistent store data.", ex);
            clearState();
        } finally {
            IoUtils.closeQuietly(is);
        }
    }
    
    static class Injector {
        private final AtomicFile mAtomicFile;

        public Injector() {
        	//display配置的文件路径
            mAtomicFile = new AtomicFile(new File("/data/system/display-manager-state.xml"), "display-state");
        }

        public InputStream openRead() throws FileNotFoundException {
            return mAtomicFile.openRead();
        }

        public OutputStream startWrite() throws IOException {
            return mAtomicFile.startWrite();
        }

        public void finishWrite(OutputStream os, boolean success) {
            if (!(os instanceof FileOutputStream)) {
                throw new IllegalArgumentException("Unexpected OutputStream as argument: " + os);
            }
            FileOutputStream fos = (FileOutputStream) os;
            if (success) {
                mAtomicFile.finishWrite(fos);
            } else {
                mAtomicFile.failWrite(fos);
            }
        }
    }
}

利用PersistentDataStore加载display中的固定数据，这些数据都是以xml文件的形式，保存在/data/system/display-manager-state.xml中；

2.2.2 注册屏幕适配器

public final class DisplayManagerService extends SystemService {

    private static final int MSG_REGISTER_DEFAULT_DISPLAY_ADAPTERS = 1;
    private static final int MSG_REGISTER_ADDITIONAL_DISPLAY_ADAPTERS = 2;
    
    @Override
    public void onStart() {
		...代码省略...
        // android.display线程中创建默认DisplayAdapter，并进行注册
        mHandler.sendEmptyMessage(MSG_REGISTER_DEFAULT_DISPLAY_ADAPTERS);
        ...代码省略...
    }

    private final class DisplayManagerHandler extends Handler {
        @Override
        public void handleMessage(Message msg) {
            switch (msg.what) {
                case MSG_REGISTER_DEFAULT_DISPLAY_ADAPTERS:
                    //注册默认的屏幕适配器
                    registerDefaultDisplayAdapters();
                    break;
                case MSG_REGISTER_ADDITIONAL_DISPLAY_ADAPTERS:
                    //注册额外的屏幕设备适配器
                    registerAdditionalDisplayAdapters();
                    break;
                ...代码省略...    
            }
        }
    }
    
    private void registerDefaultDisplayAdapters() {
        synchronized (mSyncRoot) {
             //注册默认的屏幕适配器
            registerDisplayAdapterLocked(new LocalDisplayAdapter(
                    mSyncRoot, mContext, mHandler, mDisplayDeviceRepo));
            //注册虚拟的屏幕适配器
            mVirtualDisplayAdapter = mInjector.getVirtualDisplayAdapter(mSyncRoot, mContext,
                    mHandler, mDisplayDeviceRepo);
            if (mVirtualDisplayAdapter != null) {
                registerDisplayAdapterLocked(mVirtualDisplayAdapter);
            }
        }
    }
}

2.3 执行onBootPhase方法

DisplayManagerService的onStart()方法被执行完毕后，onBootPhase()方法将会被执行。

public final class DisplayManagerService extends SystemService {

    @Override
    public void onBootPhase(int phase) {
        if (phase == PHASE_WAIT_FOR_DEFAULT_DISPLAY) {
            synchronized (mSyncRoot) {
            	//Injector的getDefaultDisplayDelayTimeout默认返回10秒
                long timeout = SystemClock.uptimeMillis() + mInjector.getDefaultDisplayDelayTimeout();
                // 超过timeout之后，如果默认屏幕的逻辑显示屏为空，则抛出异常
                while (mLogicalDisplayMapper.getDisplayLocked(Display.DEFAULT_DISPLAY) == null
                        || mVirtualDisplayAdapter == null) {
                    long delay = timeout - SystemClock.uptimeMillis();
                    if (delay <= 0) {
                        throw new RuntimeException("Timeout waiting for default display "
                                + "to be initialized. DefaultDisplay="
                                + mLogicalDisplayMapper.getDisplayLocked(Display.DEFAULT_DISPLAY)
                                + ", mVirtualDisplayAdapter=" + mVirtualDisplayAdapter);
                    }
                    if (DEBUG) {
                        Slog.d(TAG, "waitForDefaultDisplay: waiting, timeout=" + delay);
                    }
                    try {
                        mSyncRoot.wait(delay);
                    } catch (InterruptedException ex) {
                    }
                }
            }
        } else if (phase == PHASE_BOOT_COMPLETED) {
            mDisplayModeDirector.onBootCompleted();
        }
    }
}

PHASE_WAIT_FOR_DEFAULT_DISPLAY阶段是最早的一个启动阶段，当一些引导服务启动完毕后，启动后续服务时，检查DMS是否已经创建默认逻辑屏，如果在10s内没有完成默认LogicalDisplay的创建，则抛出异常。

2.4 执行setupSchedulerPolicies方法

public final class DisplayManagerService extends SystemService {

    public void setupSchedulerPolicies() {
		// 给android.display、android.anim、android.anim.lf三个线程设置组和CPU集
        Process.setThreadGroupAndCpuset(DisplayThread.get().getThreadId(),
                Process.THREAD_GROUP_TOP_APP);
        Process.setThreadGroupAndCpuset(AnimationThread.get().getThreadId(),
                Process.THREAD_GROUP_TOP_APP);
        Process.setThreadGroupAndCpuset(SurfaceAnimationThread.get().getThreadId(),
                Process.THREAD_GROUP_TOP_APP);
    }
    
}

给以上三个线程设置线程组和调度集，将线程组设为Process.THREAD_GROUP_TOP_APP，以确保更加高效的执行。

2.5 执行windowManagerAndInputReady方法

当SystemServer中启动WindowManagerService和InputManagerService后，将调用此方法通知DMS。

public final class DisplayManagerService extends SystemService {
   
   private static final int MSG_REQUEST_TRAVERSAL = 4;
   
	//WMS和输入法启动完毕
    public void windowManagerAndInputReady() {
        synchronized (mSyncRoot) {
            mWindowManagerInternal = LocalServices.getService(WindowManagerInternal.class);
            mInputManagerInternal = LocalServices.getService(InputManagerInternal.class);
            //获取设备状态服务并设置回调对象
            DeviceStateManager deviceStateManager = mContext.getSystemService(DeviceStateManager.class);
            deviceStateManager.registerCallback(new HandlerExecutor(mHandler), new DeviceStateListener());
            //通知WMS进行窗口更新流程
            scheduleTraversalLocked(false);
        }
    }

   private void scheduleTraversalLocked(boolean inTraversal) {
        if (!mPendingTraversal && mWindowManagerInternal != null) {
            mPendingTraversal = true;
            if (!inTraversal) {
                mHandler.sendEmptyMessage(MSG_REQUEST_TRAVERSAL);
            }
        }
    }
    
    private final class DisplayManagerHandler extends Handler {
        @Override
        public void handleMessage(Message msg) {
            switch (msg.what) {
                ...代码省略...    
                case MSG_REQUEST_TRAVERSAL:
                	//通知WMS进行窗口更新流程
                    mWindowManagerInternal.requestTraversalFromDisplayManager();
                    break;
                ...代码省略...    
            }
        }
    }
    
 }

先是获得WMS和IMS各自的LocalService对象，然后将发起显示内容更新流程，请求WMS模块进行窗口更新。DMS和WMS联系非常紧密，通常当DMS中相关属性发生变化后，会通知WMS进行窗口更新，WMS在更新过程中也会通知DMS，应用来自窗口的Display相关属性。

2.6 执行systemReady方法

此方法DMS在SystemServer中被调用的最后一个方法，通知DMS启动完成：

public final class DisplayManagerService extends SystemService {

    private static final String PROP_DEFAULT_DISPLAY_TOP_INSET = "persist.sys.displayinset.top";
    private static final int MSG_REGISTER_DEFAULT_DISPLAY_ADAPTERS = 1;//注册物理屏幕适配器、虚拟屏幕适配器
    private static final int MSG_REGISTER_ADDITIONAL_DISPLAY_ADAPTERS = 2;//注册其他屏幕适配器
    
    public void systemReady(boolean safeMode, boolean onlyCore) {
        synchronized (mSyncRoot) {
            mSafeMode = safeMode;
            mOnlyCore = onlyCore;
            mSystemReady = true;//启动完成
            //将默认Display的top inset存储到persist.sys.displayinset.top中
            recordTopInsetLocked(mLogicalDisplayMapper.getDisplayLocked(Display.DEFAULT_DISPLAY));
            updateSettingsLocked();
            updateUserDisabledHdrTypesFromSettingsLocked();
        }

        mDisplayModeDirector.setDesiredDisplayModeSpecsListener(new DesiredDisplayModeSpecsObserver());
        mDisplayModeDirector.start(mSensorManager);
        //注册除了物理屏幕适配器、虚拟屏幕适配器以外的其他屏幕适配器
        mHandler.sendEmptyMessage(MSG_REGISTER_ADDITIONAL_DISPLAY_ADAPTERS);
        mSettingsObserver = new SettingsObserver();
        mBrightnessSynchronizer.startSynchronizing();
    }

     private void recordTopInsetLocked(@Nullable LogicalDisplay d) {
        if (!mSystemReady || d == null) {
            return;
        }
        int topInset = d.getInsets().top;
        if (topInset == mDefaultDisplayTopInset) {
            return;
        }
        mDefaultDisplayTopInset = topInset;
        //将默认Display的top inset存储到persist.sys.displayinset.top中
        SystemProperties.set(PROP_DEFAULT_DISPLAY_TOP_INSET, Integer.toString(topInset));
    }   

    private final class DisplayManagerHandler extends Handler {
        @Override
        public void handleMessage(Message msg) {
            switch (msg.what) {
                case MSG_REGISTER_DEFAULT_DISPLAY_ADAPTERS:
                    //注册默认的屏幕适配器
                    registerDefaultDisplayAdapters();
                    break;
                case MSG_REGISTER_ADDITIONAL_DISPLAY_ADAPTERS:
                    //注册额外的屏幕设备适配器
                    registerAdditionalDisplayAdapters();
                    break;
                ...代码省略...    
            }
        }
    }
    
    //注册额外的屏幕适配器对象
    private void registerAdditionalDisplayAdapters() {
        synchronized (mSyncRoot) {
            if (shouldRegisterNonEssentialDisplayAdaptersLocked()) {
                registerOverlayDisplayAdapterLocked();//注册模拟辅助设备屏幕适配器
                registerWifiDisplayAdapterLocked();//注册WIFI屏幕适配器
            }
        }
    }

    private void registerOverlayDisplayAdapterLocked() {
        registerDisplayAdapterLocked(new OverlayDisplayAdapter(
                mSyncRoot, mContext, mHandler, mDisplayDeviceRepo, mUiHandler));
    }

    private void registerWifiDisplayAdapterLocked() {
        if (mContext.getResources().getBoolean(
                com.android.internal.R.bool.config_enableWifiDisplay)
                || SystemProperties.getInt(FORCE_WIFI_DISPLAY_ENABLE, -1) == 1) {
            mWifiDisplayAdapter = new WifiDisplayAdapter(
                    mSyncRoot, mContext, mHandler, mDisplayDeviceRepo,
                    mPersistentDataStore);
            registerDisplayAdapterLocked(mWifiDisplayAdapter);
        }
    }
    private void registerDisplayAdapterLocked(DisplayAdapter adapter) {
    	//将适配器对面添加到适配器集合中
        mDisplayAdapters.add(adapter);
        adapter.registerLocked();
    }
}

此方法该会通过mHandler发起注册其他DeviceAdapter的操作，最终完成四种DisplayAdapter的注册。

三 总结

方法调用时序图

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