Android图形系统（八）-app与SurfaceFlinger共享UI元数据过程

Posted 2023-04-18

参考技术A android应用程序与SurfaceFlinger服务是运行在不同的进程中的，因此，它们采用Binder进程间通信机制来进行通信。

但是我们知道一个Android应用程序可能会有很多个窗口，而每一个窗口都有自己的UI元数据，因此，Android应用程序需要传递给SurfaceFlinger服务的UI元数据是相当可观的。在这种情况下，通过Binder来在Android应用程序与SurfaceFlinger服务之间传递UI元数据是不合适的，因此这里选择了Android系统的匿名共享内存的方案。在每一个Android应用程序与SurfaceFlinger服务之间的连接上加上一块用来传递UI元数据的匿名共享内存。而这块区域被包装为SharedClient。

在每一个SharedClient里面，有至多31个SharedBufferStack,那什么又是SharedBufferStack？

SharedBufferStack就是共享缓冲区堆栈，每一个SharedBufferStack与一个Surface一一对应，每一个Surface又对应一个窗口，那就是一个应用程序内部最多可创建31个窗口。SharedBufferStack 内部包含N个缓冲buffer, 开篇介绍的双缓冲(front buffer , back buffer) ,三缓冲（front buffer , back buffer, tripple buffer），有了它SurfaceFlinger服务就可以使用N个缓冲区技术来绘制UI了。

下面我们再来了解下SharedBufferStack的结构：

SharedBufferStack中分为空闲buffer和已使用的buffer。其中SharedBufferStack中的每一个已经使用了的缓冲区都对应有一个GraphicBuffer，用来描述真正的UI数据。

客户端一次申请GraphicBuffer且将UI元数据写入GraphicBuffer的流程：

当Android应用程序需要更新一个Surface的时候，它就会找到与它所对应的SharedBufferStack，并且从它的空闲缓冲区列表的尾部取出一个空闲的Buffer。我们假设这个取出来的空闲Buffer的编号为index。接下来Android应用程序就请求SurfaceFlinger服务为这个编号为index的Buffer分配一个图形缓冲区GraphicBuffer。SurfaceFlinger服务分配好图形缓冲区GraphicBuffer之后，会将它的编号设置为index，然后再将这个图形缓冲区GraphicBuffer返回给Android应用程序访问。Android应用程序得到了SurfaceFlinger服务返回的图形缓冲区GraphicBuffer之后，就在里面写入UI数据。写完之后，就将与它所对应的缓冲区，即编号为index的Buffer，插入到对应的SharedBufferStack的已经使用了的缓冲区列表的头部去。这一步完成了之后，Android应用程序就通知SurfaceFlinger服务去绘制那些保存在已经使用了的缓冲区所描述的图形缓冲区GraphicBuffer了。

那么我们也知道一个绘图表面，在SurfaceFlinger服务和Android应用程序中分别对应Layer对象和Surface对象，其中这两个对象在内部分别使用一个SharedBufferServer对象和一个SharedBufferClient对象来操作这个绘图表面的UI元数据缓冲堆栈。操作过程如下：

在Android应用程序这一侧，当它需要渲染一个Surface时，它就会首先找到对应的SharedBufferClient对象，然后再调用它的成员函数dequeue来请求分配一个UI元数据缓冲区。有了这个UI元数据缓冲区之后，Android应用程序再调用这个SharedBufferClient对象的成员函数setDirtyRegion、setCrop和setTransform来设置对应的Surface的裁剪区域、纹理坐标以及旋转方向。此外，Android应用程序还会请求SurfaceFlinger服务为这个Surface分配一个图形缓冲区，以便可以往这个图形缓冲区写入实际的UI数据。最后，Android应用程序就可以调用这个SharedBufferClient对象的成员函数queue把前面已经准备好了的UI元数据缓冲区加入到它所描述的一个UI元数据缓冲区堆栈的待渲染队列中，以便SurfaceFlinger服务可以在合适的时候对它进行渲染。当SurfaceFlinger服务需要渲染一个Surface的时候，它就会找到对应的一个SharedBufferServer对象，然后调用它的成员函数getQueueCount来检查它所描述的一个UI元数据缓冲区堆栈的待渲染队列的大小。如果这个大小大于0，那么SurfaceFlinger服务就会继续调用它的成员函数retireAndLock来取出队列中的第一个UI元数据缓冲区，以及调用它的成员函数getDirtyRegion、getCrop和getTransform来获得要渲染的Surface的裁剪区域、纹理坐标和旋转方向。最后，SurfaceFlinger服务就可以结合这些信息来将保存这个Surface的图形缓冲区中的UI数据渲染在显示屏中。

另外想深入了解BufferQueue的生产者消费者模型，详细可以阅读下如下这篇博文，感觉还不错： https://blog.csdn.net/stn_lcd/article/details/73801313

参考：
https://blog.csdn.net/Luoshengyang/article/details/7867340

Android特性与系统架构

一．Android特性
应用程序框架支持组件的重用与替换
Dalvik 虚拟机专为移动设备优化
集成的浏览器基于开源的WebKit 引擎
优化的图形库包括定制的2D 图形库，基于OpenGL ES 1.0的3D 图形库
SQLite 用作结构化的数据存储
多媒体支持包括常见的音频、视频和静态图像格式（如MPEG4, H.264, MP3, AAC, AMR, JPG, PNG , GIF）
GSM 电话技术（依赖于硬件）
蓝牙Bluetooth, EDGE, 3G, 和WiFi（依赖于硬件）
照相机，GPS，指南针，和加速度计（accelerometer）（依赖于硬件）
丰富的开发环境包括设备模拟器，调试工具，内存及性能分析图表，和Eclipse 集成开发环境插件
二．Android的系统架构

                               

1.      应用程序

                               

    同Android系统一起发布的核心应用程序，如email 客户端，SMS 短消息程序，日历，地图，浏览器，联系人管理程序等。(JAVA 编写)

2.      应用程序框架

 

                               

     开发者可以用它开发应用，其中包括：

丰富而又可扩展的视图（Views）：可以用来构建应用程序， 它包括列表（lists），网格（grids）， 文本框（text boxes），按钮（ buttons）， 甚至可嵌入的web 浏览器。

内容提供器（Content Providers）：使得应用程序可以访问另一个应用程序的数据（如联系人数据库）， 或者共享它们自己的数据

资源管理器（Resource Manager）：提供非代码资源的访问，如本地字符串，图形，布局文件（ layoutfiles ）

通知管理器（Notification Manager）： 使得应用程序可以在状态栏中显示自定义的提示信息

活动管理器（ Activity Manager）：用来管理应用程序生命周期并提供常用的导航回退功能

 

1.      类库

 

                                             

         一些C/C++核心库，方便开发者进行应用的开发。

系统C 库（libc）：专门为基于embedded linux的设备定制的

媒体库：支持多种常用的音频、视频格式回放和录制，同时支持静态图像文件。编码格式包括MPEG4, H.264, MP3, AAC, AMR, JPG, PNG

SurfaceManager ：对显示子系统的管理，并且为多个应用程序提供了2D和3D 图层的无缝融合

webkit/LibWebCore ：Web 浏览引擎，支持Android 浏览器和一个可嵌入的web 视图

SGL：底层的2D图形引擎

3D libraries ： 基于OpenGL ES 1.0 APIs 实现的3D引擎

FreeType ：位图（bitmap）和矢量（vector）字体显示

SQLite ：轻型关系型数据库引擎

 

4.      Android 运行时环境

                                                                          

Android 核心库：提供了JAVA库的大多数功能
Dalvik 虚拟机：依赖于linux 内核的一些功能，比如线程机制和底层内存管理机制。同时虚拟机是基于寄存器的，Dalvik 采用简练、高效的byte code 格式运行，它能够在低资耗和没有应用相互干扰的情况下并行执行多个应用，每一个Android 应用程序都在它自己的进程中运行，都拥有一个独立的Dalvik 虚拟机实例。Dalvik 虚拟机中可执行文件为.dex文件，该格式文件针对小内存使用做了优化。所有的类都经由JAVA 编译器编译，然后通过SDK中的"dx" 工具转化成.dex 格式由虚拟机执行。
5.      Linux 内核

                              

          Linux 内核作为硬件和软件栈之间的抽象层。Android 的核心系统服务: 安全机制、内存管理、进程管理、网络、硬件驱动