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

news 2025/7/5 15:50:25

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.display	frameworks/base/core/java/android/hardware/display	DMS模块管理	DisplayManager, DisplayMangaerGlobal, …
android.view	frameworks/base/core/java/android/view	逻辑屏配置项相关	DisplayInfo, DisplayViewport, …
com.android.server.display	frameworks/base/services/core/java/com/android/server/display	DMS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 setProcessGroupmDisplayManagerService.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Handlerprivate final DisplayManagerHandler mHandler;//android.ui线程Handlerprivate 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());}@VisibleForTestingDisplayManagerService(Context context, Injector injector) {super(context);mInjector = injector;mContext = context;//android.display线程handlermHandler = new DisplayManagerHandler(DisplayThread.get().getLooper());//android.ui线程HandlermUiHandler = 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();@Overridepublic 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 ServicepublishLocalService(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());}@VisibleForTestingPersistentDataStore(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;@Overridepublic 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 {@Overridepublic 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 {@Overridepublic 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 {@Overridepublic 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 {@Overridepublic 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

前言