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概覽#

官方簡介：Android-Graphics

• Image Stream Producers：圖形生產者，用來生成圖形緩衝區，以供圖形消費者使用。例如 OpenGL ES、Canvas 2D 和 mediaserver 視頻解碼器。

• Native Framework：Libgui 庫，包含了圖形系統底層的基本元素，例如 Surface、BufferQueue、GraphicBufferConsumer、GraphicBufferProducer、SurfaceComposer 等等。

• Window Positioning：WindowManager，用來控制 window 對象，window 為一組 view 對象的集合。它為 SurfaceFlinger 提供緩衝區和窗口元數據，而 SurfaceFlinger 可使用這些信息將 Surface 合成到屏幕。

• Image Stream Consumers：圖形消費者，包括 SurfaceFlinger 和一些圖形應用。

  • 圖形流的最常見消費者是 SurfaceFlinger，該系統服務會消耗當前可見的 Surface，並使用 WindowManager 中提供的信息將它們合成到顯示部分。SurfaceFlinger 使用 OpenGL 和 Hardware Composer 來合成一組 Surface。
  • 一些 OpenGL ES 應用也可以做為消費者，例如相機應用會消費相機預覽圖像流。非 GL 應用也可以是消費者，例如 ImageReader 類。

• HAL：顯示子系統的硬體抽象實現，包括 Hardware Composer 和 Gralloc。

  • SurfaceFlinger 可以將某些合成工作委託給 Hardware Composer，以分擔 OpenGL 和 GPU 上的工作量。這時，SurfaceFlinger 只是充當另一個 OpenGL ES 客戶端，Hardware Composer 則進行圖形渲染的工作。Hardware Composer 必須支持事件，其中之一是 VSYNC（另一個是支持即插即用 HDMI 的熱插拔）。
  • Gralloc 用來分配圖形生產方請求的內存。

BufferQueue#

官方簡介：Android-BufferQueue

左側的對象是生成圖形緩衝區的渲染器，如主屏幕、狀態欄和系統界面。SurfaceFlinger 是合成器，而 Hardware Composer 是製作器。BufferQueue 是 Android 圖形系統很重要的組成部分，它負責數據的傳遞：

圖中的 producer 和 consumer 運行在不同的進程裡，BufferQueue 是將緩衝區池與隊列相結合的數據結構，它使用 Binder IPC 在進程之間傳遞緩衝區。幾個重要函數如下：

• producers 透過 BufferQueue 請求一塊空閒的緩存區 (GraphicBuffer): IGraphicBufferProducer.dequeueBuffer 方法
• 往緩存區 (GraphicBuffer) 填充了數據 (繪製等) 後，producers 將緩存區 (GraphicBuffer) 入隊列到 BufferQueue 中: IGraphicBufferProducer.queueBuffer 方法
• consumer 從 BufferQueue 中出隊列一塊緩存區 (GraphicBuffer): IGraphicBufferConsumer.acquireBuffer 方法
• consumer 消費完畢後 (典型的是 SurfaceFlinger 合成數據) 將緩存區 (GraphicBuffer) 返回給隊列: IGraphicBufferConsumer.releaseBuffer 方法

其中 IGraphicBufferProducer 是 BufferQueue 的生產者接口，實現類是 BufferQueueProducer 生產者類；IGraphicBufferConsumer 是 BufferQueue 的消費者接口，實現類是 BufferQueueConsumer 消費者類。

SurfaceFlinger#

SurfaceFlinger 用來管理消費當前可見的 Surface, 所有被渲染的可見 Surface 都會被 SurfaceFlinger 透過 WindowManager 提供的信息合成 (使用 OpenGL 和 HardWare Composer) 提交到屏幕的後緩衝區，等待屏幕的下個 Vsync 信號到來，再顯示到屏幕上。SufaceFlinger 透過屏幕後緩衝區與屏幕建立聯繫，同時透過 Surface 與上層建立聯繫，起到了一个承上启下的作用。

SurfaceFlinger 工作流程

SurfaceFlinger 的 registerCallback 時的this就是 SurfaceFlinger 對 ComposerCallback 接口的實現。

• onHotplugReceived

  熱插拔事件，顯示屏幕連接或者斷開時回調

• onRefreshReceived

  接收底層 HWComposer 的刷新請求，實現方法如下：

  Copy

  
  void SurfaceFlinger::onRefreshReceived(int sequenceId,
  
                                         hwc2_display_t /*display*/) {
  
      Mutex::Autolock lock(mStateLock);
  
      if (sequenceId !=getBE().mComposerSequenceId) {
  
          return;
  
      }
  
      repaintEverythingLocked();
  
  }
  
  
  void SurfaceFlinger::repaintEverythingLocked() {
  
      android_atomic_or(1, &mRepaintEverything);
  
      //觸發刷新，重新合成顯示
  
      signalTransaction();
  
  }
  
  

• onVsyncReceived

  Vsync 事件上報，接收底層硬體上報的垂直同步信號。

為什麼需要垂直同步信號，參考https://juejin.cn/post/6863756420380196877#heading-1

合成方式#

• Client 合成

將各個 Layer 的內容用 GPU 渲染到暫存緩衝區中，最後將暫存緩衝區傳送到顯示硬體，Client 合成，採用 RenderEngine 進行合成

• Device 合成

硬體合成器進行合成 HWComposer，其合成方式是將各個 Layer 的數據全部傳給顯示硬體，並告知它從不同的緩衝區讀取屏幕不同部分的數據

HWC 相關圖表#

合成圖表#

Dump 信息#

adb shell dumpsys SurfaceFlinger

圖層#

圖層（Layer）是合成的最重要單元；每個圖層都有一組屬性，用於定義它與其他層的交互方式。Layer 在每一層中的代碼的實現不一樣，基本上 Layer 的理念都是一樣的。

frameworks/native/services/surfaceflinger

├── Layer.h

├── Layer.cpp

├── ColorLayer.h

├── ColorLayer.cpp

├── BufferLayer.h

└── BufferLayer.cpp

總結#

整個圖形顯示系統可以簡單地分為圖形和顯示兩個系統理解。

• 圖形系統，提供繪圖和圖形處理的支持。無論是 2D 的 Skia，還是 3D 的 OpenGLES，還有各種圖片解碼庫
• 顯示系統，圖形繪製好後，需要顯示，就需要合併窗口，這個時候就需要用到 Surfaceflinger，上層的顯示系統有 View、ActivityManagerService 和 WindowManagerService 組成。一個窗口就是一個 Surface，Surfacedlinger 使用 Layer 去描述一個窗口。