Android输入系统——InputManagerService

Posted 2023-03-12

参考技术A Linux内核： 接受输入设备的中断，并将原始事件的数据写入设备节点中设备接电，作为内核与 IMS 的桥梁，将原始事   件的数据暴露给用户空间，以便 IMS 可以从中读取事件；

InputManagerService： 一个 android 系统服务，分为 Java 层和 Native 层两部分，Java 层负责与 WMS 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，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，它运行在一个独立的线程中，负责管理输入设备的列表和配置，以及进行输入事件的加工处理，它通过其线程循环不断地通过 getEvents() 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，它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，更多可读性的输入事件，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

InputDispatcher： 是 IMS 中的另一个关键组件，运行于一个独立的线程中，InputDispatcher 中保管来自 WMS 的所有窗口的信息，收到 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 HOME 键被 InputDispatcherPolicy 截取到 PhoneWindowManager 中处理，并阻止窗口收到 HOME 键按下的事件；

WindowManagerService： 它并不是输入系统的一员，新建窗口时，WMS 为新窗口和 IMS 创建了事件传递所用的通道，会将窗口的可点击区域，焦点窗口等信息实时更新到 IMS 的 InputDispatcher 中，使得 InputDispatcher 可以正确将事件派发到指定窗口；

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；

1. 创建新的IMS对象

SystemServer->ServerThread.run()

—> com_android_server_input_InputManagerService.cpp —> nativeInit()

创建了 NativeInputManager 对象，该对象实现了 InputReaderPolicyInterface 与 InputDispatcherPolicyInterface 接口，创建 EventHub 和 InputManager，InputManager 创建了 InputReader 与 InputDispatcher 以及 InputReaderThread 与 InputDispatcherThread

2.调用IMS对象的start函数完成启动

InputReader.cpp —> InputReaderThread::threadLoop()

分三步:

1.首先从 EventHub 抽取未处理的时间列表，一类是从设备节点读取的原始输入事件，另一类则是输入设备可用性变化事件，简称设备事件；

2.processEventsLocked 对事件进行处理，对于设备事件，此函数对根据设备的可用性加载或移除设备对应的配置信息，对原始输入事件，则在进行转译，封装与加工后将结果暂存到 mQueuedListener；

3.所有事件处理完毕后，调用 mQueuedListener.flush 将所有暂存的输入事件一次性地交给InputDispatcher。

1.设备节点监听的建立

通过 INotify 与 Epoll 机制建立起对设备节点增删事件以及可读状态的监听

EventHub.cpp:EventHub

2.getEvents

使用 Epoll 的核心是 mPendingEventItems 数组，它是一个事件池，getEvents 包含了原始输入事件读取，输入设备加载/卸载等操作。

3.输入设备管理

每个输入设备在 dev/input/ 下有一个设备节点，设备节点包含输入设备的所有信息，EventHub 负责在设备节点可用时加载并维护这些信息，并在设备节点被删除时将其移除，名为 Device 的私有结构体保存。

4.原始输入事件的监听与读取

当设备的原始输入事件到来之时，getevents 函数将会获得一个 Epoll 事件，然后根据 Epoll 事件读取文件描述符的原始输入事件，将其填充到 RawEvents 结构体并放入 buffer 中被调用者取走。

1.原始输入事件的加工

InputReader：processEventsLocked

—> inputReader:processEventsForDeviceLocked

—> InputReader:InputDevice::process

InputDevice 描述一个输入设备，是一个存储输入设备信息的类

InputMapper 是 InputReader 中实际进行原始输入事件加工的场所

2.InputDevice 与 InputMapper

inputDevice 创建 InputReader:addDeviceLocked

—> InputReader:createDeviceLocked

3.keyboard 类型事件的加工处理

(1)keyboardInputMapper 配置（屏幕旋转状态）

(2)键盘扫描码与虚拟键值

扫描码是硬件实现，虚拟键值是操作系统实现

(3)扫描码到虚拟键值的映射

InputReader —> KeyboardInputMapper:process

(4)按键事件的加工处理

InputReader —> keyboardInputMapper:processKey

4.Touch类型事件的加工处理

(1)Touch 类型事件的信息与原始事件的组织方式

(2)TouchInputMapper 的体系

(3)MultiTouchInputMapper 的配置

MultiTouchInputMapper 的 configureRawPointerAxes 获取来自设备节点的各项触控信息，同时构建传感器的物理坐标系

TouchInputMapper 的 configureSurface 获取来自 DisplayViewPort 的屏幕方向以及屏幕坐标系的信息，并计算物理坐标系到屏幕坐标系的差异信息

(4)点击事件的信息收集

InputReader->MultiTouchInputMapper:process

->MultiTouchMotionAccumulator:process

(5)点击事件信息的整合，变换与高级事件的生成

1.将事件注入派发队列

InputDispatcher 实现了 InputListenerInterface，并在 InputReader 循环的最后，QueuedInputListener 调用此接口将InputReader 产生的事件以及 NotifyXXXArgs 结构体的形式提交给 InputDispatcher

—> InputDispatcher:notifyMotionLocked

—> InputDispatcher:enqueueInboundEventLocked

2.派发线程的线程循环

InputDispatcher:dispatchOnce

派发线程的一次循环包括以下三项：

进行一次事件派发，事件的派发工作仅当命令队列中没有命令时才会进行，派发工作会设置nextWakeupTime指明随后休眠时间长短

执行命令列表中的命令

陷入休眠状态

3.派发工作的整体流程

dispatchOnceInnerLocked函数体现派发过程

InputDispatcher:dispatchOnceInnerLocked

4.事件被丢弃的原因

.....

5.Motion事件目标窗口的确定

InputDispatcher:dispatchMotionLocked

三项工作：

对于被丢弃的事件，返回 true

为事件寻找合适的窗口，窗口分为普通窗口和监听窗口，普通通过按点和焦点查找，监听窗口则无条件监听所有输入事件

如果成功地找到可以接收事件的目标窗口，通过 dispatchEventLocked 完成实际的派发工作

6.向窗口发送事件

InputDispatcher:dispatchEventLocked

1.将事件注入派发队列

2.额外的派发策略查询

InputDispatcher:dispatchOnceInnerLocked

3.重复按键事件

InputDispatcher:dispatchOnceInnerLocked

—> InputDispatcher:dispatchKeyLocked 开启与关闭重复按键模拟

—> InputDispatcher:synthesizeKeyRepeatLocked 重复按键的生成

4.按键事件派发总结

按键事件通过 notifyKey 函数进入 InputDispatcher，在注入派发队列前，使用 DispatcherPolicy 的interceptKeyBeforeQueueing 函数询问后续的派发策略 policyFlag

按键事件在正式派发给窗口前，进行一次额外的派发策略查询，查询的结果保存在 keyEntry：interceptKeyResult，结果觉得事件是正常派发，稍后派发还是丢弃

当按键按下到按键抬起之间的时间里，dispatchOnceInnerLocked 和 dispatchKeyLocked 会协同工作完成对重复按键事件的模拟

按键事件的派发目标仅通过焦点方式进行查找

InputDispatcher 运行于 system_server 进程，窗口运行于其它的应用进程中

InputChannel 的本质是一对 SocketPair，SocketPair 用来实现在本机内进行进程间的通信

InputTransport —> InputChannel:openInputChannelPair

WinodwManagerService:addwindow

WMS 添加窗口时，会创建一对 InputChannel，其中一个保存在 WindowState 中，并注册给 IMS，它是服务端，另一个则通过传出参数 outInputChannel 交给调用者，是客户端

1.服务端连接的建立

addwindow 函数中，有以下三项工作：

通过 WindowState.setInputChannel 函数保存服务端的 InputChannel

通过 IMS.registerInputChannel 将 InputChannel 注册到 IMS

通过 InputMonitor.updateInputWindowsLw 将所有窗口的信息更新到 IMS

2.窗口端连接的建立

当窗口端通过 addwindow 函数获取 InputChannel，便会使用它创建一个 InputEventReceiver 对象，可以接收来自InputChannel 的输入事件，触发 onInputEvent 回调

InputEventRecevier 如何工作？将 InputChannel 的可读事件注册到 Looper，然后在事件到来时从 InputChannel 中读取 InputMessage，并翻译成 InputEvent，然后回调 InputEventReceiver 的 onInputEvent

3.InputDispatcher与窗口的连接

派发循环是指 InputDispatcher 不断地派发队列取出事件，寻找合适的窗口并进行发送的过程，是 InputDispatcher 线程的主要工作

事件发送循环是 InputDispatcher 通过 Connection 对象将事件发送给窗口，并接受其反馈的过程

InputDispatcher —> dispatchEventLocked:dispatchEventLocked 根据 InputTarget 中的 InputChannel 找到对应的Connection

—> InputDispatcher:prepareDispatcCycleLocked

—> InputDispatcher:enqueueDispatchEntriesLocked

—> InputDispatcher:startDispatchCycleLocked

输入事件被 InputPublisher 以 InputMessage 的形式写入 InputChannel，然后将事件转存到 waitQueue 中等待窗口的反馈

当 InputPublisher 将事件以 InputMessage 的形式写入 InputChannel 中，窗口端的 Looper 会因此而被唤醒，并执行NativeInputEventReceiver 的 handleEvent 调用 consumeEvent

—> android_view_InputEventReceiver —> NativeInputEventReceiver:consumeEvent 读取一个 InputEvent，生成 java 层的 InputEvent 对象，最后通过 JNI 回调

—>   InputEventReceier:dispatchInputEvent

—> inputEventReceiver:finishInputEvent

—> android_view_InputEventReceiver —> NativeInputEventReceiver:finishInputEvent 触发服务端 InputChannel 回调

—> InputDispatcher:handleReceiveCallback

—> InputDispatcher:doDispatchCycleFinishedLockedInterruptible

对于输入事件反馈的处理主要有两个方面

将事件从 Connection 的 waitQueue 队列中删除，这个删除动作标志着此事件的派发流程完成

最后调用 startDispatchCycleLocked 继续尝试发送队列中的下一个事件

—> InputDispatcher:findFocusedWindowTargetsLocked

1.窗口可以接收事件的条件

—> InputDispatcher:isWindowReadyForMoreInputLocked 判断窗口是否可以接收事件：InputPublisher 是否被阻塞以及 Connection 两个队列的状态

2.重试派发与ANR的引发

—> InputDispatcher:handleTargetsNotReadyLocked