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  SurfaceFlinger在系統啟動階段作為系統服務被加載。應用程序中的每個窗口，對應本地代碼中的Surface，而Surface又對應于 SurfaceFlinger中的各個Layer，SurfaceFlinger的主要作用是為這些Layer申請內存，根據應用程序的請求管理這些 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。當一個應用程序需要在一個 Surface上進行畫圖操作時，首先要拿到這個Surface在內存中的起始地址，而這塊內存是在SurfaceFlinger中分配的，因為 SurfaceFlinger和應用程序并不是運行在同一個進程中，如何在應用客戶端（Surface）和服務端（SurfaceFlinger - Layer）之間傳遞和同步顯示緩沖區？這正是本文要討論的內容。

Surface的創建過程

我們先看看Android如何創建一個Surface，下面的序列圖展示了整個創建過程。

                                                              圖一   Surface的創建過程

創建Surface的過程基本上分為兩步：

1. 建立SurfaceSession

第一步通常只執行一次，目的是創建一個SurfaceComposerClient的實例，JAVA層通過JNI調用本地代碼，本地代碼創建一個 SurfaceComposerClient的實例，SurfaceComposerClient通過ISurfaceComposer接口調用 SurfaceFlinger的createConnection，SurfaceFlinger返回一個ISurfaceFlingerClient接 口給SurfaceComposerClient，在createConnection的過程中，SurfaceFlinger創建了用于管理緩沖區切換 的SharedClient，關于SharedClient我們下面再介紹，最后，本地層把SurfaceComposerClient的實例返回給 JAVA層，完成SurfaceSession的建立。

 

2. 利用SurfaceSession創建Surface

JAVA層通過JNI調用本地代碼Surface_Init()，本地代碼首先取得第一步創建的SurfaceComposerClient實例， 通過SurfaceComposerClient，調用ISurfaceFlingerClient接口的createSurface方法，進入 SurfaceFlinger，SurfaceFlinger根據參數，創建不同類型的Layer，然后調用Layer的setBuffers()方法， 為該Layer創建了兩個緩沖區，然后返回該Layer的ISurface接口，SurfaceComposerClient使用這個ISurface接 口創建一個SurfaceControl實例，并把這個SurfaceControl返回給JAVA層。

 

由此得到以下結果：

• JAVA層的Surface實際上對應于本地層的SurfaceControl對象，以后本地代碼可以使用JAVA傳入的SurfaceControl對象，通過SurfaceControl的getSurface方法，獲得本地Surface對象；
• Android為每個Surface分配了兩個圖形緩沖區，以便實現Page-Flip的動作；
• 建立SurfaceSession時，SurfaceFlinger創建了用于管理兩個圖形緩沖區切換的SharedClient對 象，SurfaceComposerClient可以通過ISurfaceFlingerClient接口的getControlBlock()方法獲得 這個SharedClient對象，查看SurfaceComposerClient的成員函數_init:

 

獲得Surface對應的顯示緩沖區

雖然在SurfaceFlinger在創建Layer時已經為每個Layer申請了兩個緩沖區，但是此時在JAVA層并看不到這兩個緩沖 區，JAVA層要想在Surface上進行畫圖操作，必須要先把其中的一個緩沖區綁定到Canvas中，然后所有對該Canvas的畫圖操作最后都會畫到 該緩沖區內。下圖展現了綁定緩沖區的過程：

                                                                            圖二  綁定緩沖區的過程

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

    再看看在Surface的lock()方法中做了什么：

• dequeueBuffer(&backBuffer)獲取backBuffer
  • SharedBufferClient->dequeue()獲得當前空閑緩沖區的編號
  • 通過緩沖區編號獲得真正的GraphicBuffer:backBuffer
  • 如果還沒有對Layer中的buffer進行映射（Mapper），getBufferLocked通過ISurface接口重新重新映射
• 獲取frontBuffer
• 根據兩個Buffer的更新區域，把frontBuffer的內容拷貝到backBuffer中，這樣保證了兩個Buffer中顯示內容的同步
• backBuffer->lock() 獲得backBuffer緩沖區的首地址vaddr
• 通過info參數返回vaddr

釋放Surface對應的顯示緩沖區

畫圖完成后，要想把Surface的內容顯示到屏幕上，需要把Canvas中綁定的緩沖區釋放，并且把該緩沖區從變成可投遞（因為默認只有兩個 buffer，所以實際上就是變成了frontBuffer），SurfaceFlinger的工作線程會在適當的刷新時刻，把系統中所有的 frontBuffer混合在一起，然后通過OpenGL刷新到屏幕上。下圖展現了解除綁定緩沖區的過程：

                                                                 圖三  解除綁定緩沖區的過程

• JAVA層調用unlockCanvasAndPost
• 進入本地代碼：Surface_unlockCanvasAndPost
• 本地代碼利用JAVA層傳入的SurfaceControl對象，通過getSurface()取得本地層的Surface對象
• 綁定一個空的bitmap到Canvas中
• 調用Surface的unlockAndPost方法
  • 調用GraphicBuffer的unlock()，解鎖緩沖區
  • 在queueBuffer()調用了SharedBufferClient的queue()，把該緩沖區更新為可投遞狀態

SharedClient 和 SharedBufferStack

從前面的討論可以看到，Canvas綁定緩沖區時，要通過SharedBufferClient的dequeue方法取得空閑的緩沖區，而解除綁定 并提交緩沖區投遞時，最后也要調用SharedBufferClient的queue方法通知SurfaceFlinger的工作線程。實際上，在 SurfaceFlinger里，每個Layer也會關聯一個SharedBufferServer，SurfaceFlinger的工作線程通過 SharedBufferServer管理著Layer的緩沖區，在SurfaceComposerClient建立連接的階 段，SurfaceFlinger就已經為該連接創建了一個SharedClient 對象，SharedClient 對象中包含了一個SharedBufferStack數組，數組的大小是31，每當創建一個Surface，就會占用數組中的一個 SharedBufferStack，然后SurfaceComposerClient端的Surface會創建一個 SharedBufferClient和該SharedBufferStack關聯，而SurfaceFlinger端的Layer也會創建 SharedBufferServer和SharedBufferStack關聯，實際上每對 SharedBufferClient/SharedBufferServer是控制著同一個SharedBufferStack對象，通過 SharedBufferStack，保證了負責對Surface的畫圖操作的應用端和負責刷新屏幕的服務端（SurfaceFlinger）可以使用不 同的緩沖區，并且讓他們之間知道對方何時鎖定/釋放緩沖區。

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    客戶端和服務端緩沖區管理

     繼續研究SharedClient、SharedBufferStack、SharedBufferClient、SharedBufferServer的誕生過程。

    1. SharedClient

•     在createConnection階段，SurfaceFlinger創建Client對象：

• 再進入Client的構造函數中，它分配了4K大小的共享內存，并在這塊內存上構建了SharedClient對象：

• 回到createConnection中，通過Client的getControlBlockMemory()方法獲得共享內存塊的 IMemoryHeap接口，接著創建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，同時保存在 SurfaceComposerClient的成員變量mControlMemory中；
• 繼續通過IMemoryHeap接口的getBase ()方法獲取共享內存的首地址，轉換為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指向了同一個內存塊，該內存塊上就是SharedClient對象。 

    2. SharedBufferStack、SharedBufferServer、SharedBufferClient

    SharedClient對象中有一個SharedBufferStack數組：

    SharedBufferStack surfaces[ NUM_LAYERS_MAX ];

    NUM_LAYERS_MAX 被定義為31，這樣保證了SharedClient對象的大小正好滿足4KB的要求。創建一個新的Surface時，進入SurfaceFlinger的 createSurface函數后，先取在createConnection階段創建的Client對象，通過Client在 0--NUM_LAYERS_MAX 之間取得一個尚未被使用的編號，這個編號實際上就是SharedBufferStack數組的索引：

  

 然后以Client對象和索引值以及其他參數，創建不同類型的Layer對象，一普通的Layer對象為例：

在createNormalSurfaceLocked中創建Layer對象：

構造Layer時會先構造的父類LayerBaseClient，LayerBaseClient中創建了SharedBufferServer對 象，SharedBufferStack 數組的索引值和SharedClient被傳入SharedBufferServer對象中。

 

    自此，Layer通過lcblk成員變量(SharedBufferServer)和SharedClient共享內存區建立了關聯，并且每個Layer對應于SharedBufferStack 數組中的一項。

    回到SurfaceFlinger的客戶端Surface.cpp中，Surface的構造函數如下：

SharedBufferClient構造參數mClient->mControl就是共享內存塊中的SharedClient對象，mToken就是SharedBufferStack 數組索引值。

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 SharedBufferStack，共同管理著Surface（Layer）中的兩個緩沖區。

一并參考：