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  SurfaceFlinger在系統(tǒng)啟動(dòng)階段作為系統(tǒng)服務(wù)被加載。應(yīng)用程序中的每個(gè)窗口，對(duì)應(yīng)本地代碼中的Surface，而Surface又對(duì)應(yīng)于 SurfaceFlinger中的各個(gè)Layer，SurfaceFlinger的主要作用是為這些Layer申請(qǐng)內(nèi)存，根據(jù)應(yīng)用程序的請(qǐng)求管理這些 Layer顯示、隱藏、重畫等操作，最終由SurfaceFlinger把所有的Layer組合到一起，顯示到顯示器上。當(dāng)一個(gè)應(yīng)用程序需要在一個(gè) Surface上進(jìn)行畫圖操作時(shí)，首先要拿到這個(gè)Surface在內(nèi)存中的起始地址，而這塊內(nèi)存是在SurfaceFlinger中分配的，因?yàn)?SurfaceFlinger和應(yīng)用程序并不是運(yùn)行在同一個(gè)進(jìn)程中，如何在應(yīng)用客戶端（Surface）和服務(wù)端（SurfaceFlinger - Layer）之間傳遞和同步顯示緩沖區(qū)？這正是本文要討論的內(nèi)容。

Surface的創(chuàng)建過程

我們先看看Android如何創(chuàng)建一個(gè)Surface，下面的序列圖展示了整個(gè)創(chuàng)建過程。

                                                              圖一   Surface的創(chuàng)建過程

創(chuàng)建Surface的過程基本上分為兩步：

1. 建立SurfaceSession

第一步通常只執(zhí)行一次，目的是創(chuàng)建一個(gè)SurfaceComposerClient的實(shí)例，JAVA層通過JNI調(diào)用本地代碼，本地代碼創(chuàng)建一個(gè) SurfaceComposerClient的實(shí)例，SurfaceComposerClient通過ISurfaceComposer接口調(diào)用 SurfaceFlinger的createConnection，SurfaceFlinger返回一個(gè)ISurfaceFlingerClient接 口給SurfaceComposerClient，在createConnection的過程中，SurfaceFlinger創(chuàng)建了用于管理緩沖區(qū)切換 的SharedClient，關(guān)于SharedClient我們下面再介紹，最后，本地層把SurfaceComposerClient的實(shí)例返回給 JAVA層，完成SurfaceSession的建立。

 

2. 利用SurfaceSession創(chuàng)建Surface

JAVA層通過JNI調(diào)用本地代碼Surface_Init()，本地代碼首先取得第一步創(chuàng)建的SurfaceComposerClient實(shí)例， 通過SurfaceComposerClient，調(diào)用ISurfaceFlingerClient接口的createSurface方法，進(jìn)入 SurfaceFlinger，SurfaceFlinger根據(jù)參數(shù)，創(chuàng)建不同類型的Layer，然后調(diào)用Layer的setBuffers()方法， 為該Layer創(chuàng)建了兩個(gè)緩沖區(qū)，然后返回該Layer的ISurface接口，SurfaceComposerClient使用這個(gè)ISurface接 口創(chuàng)建一個(gè)SurfaceControl實(shí)例，并把這個(gè)SurfaceControl返回給JAVA層。

 

由此得到以下結(jié)果：

• JAVA層的Surface實(shí)際上對(duì)應(yīng)于本地層的SurfaceControl對(duì)象，以后本地代碼可以使用JAVA傳入的SurfaceControl對(duì)象，通過SurfaceControl的getSurface方法，獲得本地Surface對(duì)象；
• Android為每個(gè)Surface分配了兩個(gè)圖形緩沖區(qū)，以便實(shí)現(xiàn)Page-Flip的動(dòng)作；
• 建立SurfaceSession時(shí)，SurfaceFlinger創(chuàng)建了用于管理兩個(gè)圖形緩沖區(qū)切換的SharedClient對(duì) 象，SurfaceComposerClient可以通過ISurfaceFlingerClient接口的getControlBlock()方法獲得 這個(gè)SharedClient對(duì)象，查看SurfaceComposerClient的成員函數(shù)_init:

 

獲得Surface對(duì)應(yīng)的顯示緩沖區(qū)

雖然在SurfaceFlinger在創(chuàng)建Layer時(shí)已經(jīng)為每個(gè)Layer申請(qǐng)了兩個(gè)緩沖區(qū)，但是此時(shí)在JAVA層并看不到這兩個(gè)緩沖 區(qū)，JAVA層要想在Surface上進(jìn)行畫圖操作，必須要先把其中的一個(gè)緩沖區(qū)綁定到Canvas中，然后所有對(duì)該Canvas的畫圖操作最后都會(huì)畫到 該緩沖區(qū)內(nèi)。下圖展現(xiàn)了綁定緩沖區(qū)的過程：

                                                                            圖二  綁定緩沖區(qū)的過程

    開始在Surface畫圖前，Surface.java會(huì)先調(diào)用lockCanvas()來得到要進(jìn)行畫圖操作的Canvas，lockCanvas會(huì)進(jìn) 一步調(diào)用本地層的Surface_lockCanvas，本地代碼利用JAVA層傳入的SurfaceControl對(duì)象，通過getSurface() 取得本地層的Surface對(duì)象，接著調(diào)用該Surface對(duì)象的lock()方法，lock()返回了改Surface的信息，其中包括了可用緩沖區(qū)的 首地址vaddr，該vaddr在Android的2D圖形庫(kù)Skia中，創(chuàng)建了一個(gè)bitmap，然后通過Skia庫(kù)中Canvas的 API：Canvas.setBitmapDevice(bitmap)，把該bitmap綁定到Canvas中，最后把這個(gè)Canvas返回給JAVA 層，這樣JAVA層就可以在該Canvas上進(jìn)行畫圖操作，而這些畫圖操作最終都會(huì)畫在以vaddr為首地址的緩沖區(qū)中。

    再看看在Surface的lock()方法中做了什么：

• dequeueBuffer(&backBuffer)獲取backBuffer
  • SharedBufferClient->dequeue()獲得當(dāng)前空閑緩沖區(qū)的編號(hào)
  • 通過緩沖區(qū)編號(hào)獲得真正的GraphicBuffer:backBuffer
  • 如果還沒有對(duì)Layer中的buffer進(jìn)行映射（Mapper），getBufferLocked通過ISurface接口重新重新映射
• 獲取frontBuffer
• 根據(jù)兩個(gè)Buffer的更新區(qū)域，把frontBuffer的內(nèi)容拷貝到backBuffer中，這樣保證了兩個(gè)Buffer中顯示內(nèi)容的同步
• backBuffer->lock() 獲得backBuffer緩沖區(qū)的首地址vaddr
• 通過info參數(shù)返回vaddr

釋放Surface對(duì)應(yīng)的顯示緩沖區(qū)

畫圖完成后，要想把Surface的內(nèi)容顯示到屏幕上，需要把Canvas中綁定的緩沖區(qū)釋放，并且把該緩沖區(qū)從變成可投遞（因?yàn)槟J(rèn)只有兩個(gè) buffer，所以實(shí)際上就是變成了frontBuffer），SurfaceFlinger的工作線程會(huì)在適當(dāng)?shù)乃⑿聲r(shí)刻，把系統(tǒng)中所有的 frontBuffer混合在一起，然后通過OpenGL刷新到屏幕上。下圖展現(xiàn)了解除綁定緩沖區(qū)的過程：

                                                                 圖三  解除綁定緩沖區(qū)的過程

• JAVA層調(diào)用unlockCanvasAndPost
• 進(jìn)入本地代碼：Surface_unlockCanvasAndPost
• 本地代碼利用JAVA層傳入的SurfaceControl對(duì)象，通過getSurface()取得本地層的Surface對(duì)象
• 綁定一個(gè)空的bitmap到Canvas中
• 調(diào)用Surface的unlockAndPost方法
  • 調(diào)用GraphicBuffer的unlock()，解鎖緩沖區(qū)
  • 在queueBuffer()調(diào)用了SharedBufferClient的queue()，把該緩沖區(qū)更新為可投遞狀態(tài)

SharedClient 和 SharedBufferStack

從前面的討論可以看到，Canvas綁定緩沖區(qū)時(shí)，要通過SharedBufferClient的dequeue方法取得空閑的緩沖區(qū)，而解除綁定 并提交緩沖區(qū)投遞時(shí)，最后也要調(diào)用SharedBufferClient的queue方法通知SurfaceFlinger的工作線程。實(shí)際上，在 SurfaceFlinger里，每個(gè)Layer也會(huì)關(guān)聯(lián)一個(gè)SharedBufferServer，SurfaceFlinger的工作線程通過 SharedBufferServer管理著Layer的緩沖區(qū)，在SurfaceComposerClient建立連接的階 段，SurfaceFlinger就已經(jīng)為該連接創(chuàng)建了一個(gè)SharedClient 對(duì)象，SharedClient 對(duì)象中包含了一個(gè)SharedBufferStack數(shù)組，數(shù)組的大小是31，每當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)Surface，就會(huì)占用數(shù)組中的一個(gè) SharedBufferStack，然后SurfaceComposerClient端的Surface會(huì)創(chuàng)建一個(gè) SharedBufferClient和該SharedBufferStack關(guān)聯(lián)，而SurfaceFlinger端的Layer也會(huì)創(chuàng)建 SharedBufferServer和SharedBufferStack關(guān)聯(lián)，實(shí)際上每對(duì) SharedBufferClient/SharedBufferServer是控制著同一個(gè)SharedBufferStack對(duì)象，通過 SharedBufferStack，保證了負(fù)責(zé)對(duì)Surface的畫圖操作的應(yīng)用端和負(fù)責(zé)刷新屏幕的服務(wù)端（SurfaceFlinger）可以使用不 同的緩沖區(qū)，并且讓他們之間知道對(duì)方何時(shí)鎖定/釋放緩沖區(qū)。

SharedClient和SharedBufferStack的代碼和頭文件分別位于：

/frameworks/base/libs/surfaceflinger_client/SharedBufferStack.cpp

/frameworks/base/include/private/surfaceflinger/SharedBufferStack.h

 

 

                                                                       圖四    客戶端和服務(wù)端緩沖區(qū)管理

     繼續(xù)研究SharedClient、SharedBufferStack、SharedBufferClient、SharedBufferServer的誕生過程。

    1. SharedClient

•     在createConnection階段，SurfaceFlinger創(chuàng)建Client對(duì)象：

• 再進(jìn)入Client的構(gòu)造函數(shù)中，它分配了4K大小的共享內(nèi)存，并在這塊內(nèi)存上構(gòu)建了SharedClient對(duì)象：

• 回到createConnection中，通過Client的getControlBlockMemory()方法獲得共享內(nèi)存塊的 IMemoryHeap接口，接著創(chuàng)建ISurfaceFlingerClient的子類BClient，BClient的成員變量mCblk保存了 IMemoryHeap接口指針；
• 把BClient返回給SurfaceComposerClient，SurfaceComposerClient通過 ISurfaceFlingerClient接口的getControlBlock()方法獲得IMemoryHeap接口指針，同時(shí)保存在 SurfaceComposerClient的成員變量mControlMemory中；
• 繼續(xù)通過IMemoryHeap接口的getBase ()方法獲取共享內(nèi)存的首地址，轉(zhuǎn)換為SharedClient指針后保存在SurfaceComposerClient的成員變量mControl中；
• 至此，SurfaceComposerClient的成員變量mControl和SurfaceFlinger::Client.ctrlblk指向了同一個(gè)內(nèi)存塊，該內(nèi)存塊上就是SharedClient對(duì)象。 

    2. SharedBufferStack、SharedBufferServer、SharedBufferClient

    SharedClient對(duì)象中有一個(gè)SharedBufferStack數(shù)組：

    SharedBufferStack surfaces[ NUM_LAYERS_MAX ];

    NUM_LAYERS_MAX 被定義為31，這樣保證了SharedClient對(duì)象的大小正好滿足4KB的要求。創(chuàng)建一個(gè)新的Surface時(shí)，進(jìn)入SurfaceFlinger的 createSurface函數(shù)后，先取在createConnection階段創(chuàng)建的Client對(duì)象，通過Client在 0--NUM_LAYERS_MAX 之間取得一個(gè)尚未被使用的編號(hào)，這個(gè)編號(hào)實(shí)際上就是SharedBufferStack數(shù)組的索引：

  

 然后以Client對(duì)象和索引值以及其他參數(shù)，創(chuàng)建不同類型的Layer對(duì)象，一普通的Layer對(duì)象為例：

在createNormalSurfaceLocked中創(chuàng)建Layer對(duì)象：

構(gòu)造Layer時(shí)會(huì)先構(gòu)造的父類LayerBaseClient，LayerBaseClient中創(chuàng)建了SharedBufferServer對(duì) 象，SharedBufferStack 數(shù)組的索引值和SharedClient被傳入SharedBufferServer對(duì)象中。

 

    自此，Layer通過lcblk成員變量(SharedBufferServer)和SharedClient共享內(nèi)存區(qū)建立了關(guān)聯(lián)，并且每個(gè)Layer對(duì)應(yīng)于SharedBufferStack 數(shù)組中的一項(xiàng)。

    回到SurfaceFlinger的客戶端Surface.cpp中，Surface的構(gòu)造函數(shù)如下：

SharedBufferClient構(gòu)造參數(shù)mClient->mControl就是共享內(nèi)存塊中的SharedClient對(duì)象，mToken就是SharedBufferStack 數(shù)組索引值。

到這里我們終于知道，Surface中的mSharedBufferClient成 員和Layer中的lcblk成員(SharedBufferServer)，通過SharedClient中的同一個(gè) SharedBufferStack，共同管理著Surface（Layer）中的兩個(gè)緩沖區(qū)。

一并參考：