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

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.displayframeworks/base/core/java/android/hardware/displayDMS模块管理DisplayManager, DisplayMangaerGlobal, …
android.viewframeworks/base/core/java/android/view逻辑屏配置项相关DisplayInfo, DisplayViewport, …
com.android.server.displayframeworks/base/services/core/java/com/android/server/displayDMS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

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