Android的Graphic系统分析之skia.docx
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Android的Graphic系统分析之skia
skia库
Skia库是一个外部库，代码位于external/skia/下面，生成的库名称是libskia.so。
Skia库负责2维图形的绘制，绘制的结果最终一般以位图的形式存放在内存的一块缓冲区中。
我们可以从它里面几个比较重要的类来了解它到底完成什么功能。
使用SkCanvas，可以将绘制（drawing）结果保存到一个设备如位图（bitmap）中，这些绘制操作包含一系列几何图形的绘制，如绘制点、线、矩形、多边形、椭圆和圆弧等几何图形。
Canvas.cpp调用了skia库的API，有的调用仅仅是对SkCanvas的简单包裹。
绘制的状态（State）封装在Paint类中，如绘制的线条粗细、线条颜色、区域如何填充、线条形状等。
SkBitmap是光栅位图，它包含高度和宽度两个整数以及格式（配置config规定），也可以通过getAddr（）获取存储实际像素（pixel）块的地址。
一副图形可以通过它的像素位图来保存，也可以通过保存它的绘制过程通过SkPicture保存起来，然后写到文件里，最后通过绘制过程恢复图形。
另外，skia也包括将YUV格式转变为Jpg的编码，见YuvToJpegEncoder.cpp。
Java部分通过JNI调用Skia关系如下，包括但不限于下图中的四个类。
库libsurfaceflinger_client.so
库libsurfaceflinger_client.so链接到应用程序中，也链接到server侧（主要因为layerstate管理和内存控制块等类），因此，其大多数类运行在应用程序所在进程空间中，它通过Binder与与进程sufaceflinger进行交互。
它的代码位于frameworks/base/libs/surfaceflinger_client下面，
SurfaceComposerClient/SurfaceControl
如JNI层章节所述，在创建SurfaceSession（Java）时，会创建SurfaceComposerClient对象，并将SurfaceComposerClient对象指针保存到SurfaceSession（Java）的mClient中。
我们来看下创建SurfaceComposerClient对象时还发生了什么？
SurfaceComposerClient继承自RefBase，所以在第一次初始化时，会执行其重载的onFirstRef。
在onFirstRef中，会获取ComposerService，也就是SurfaceFlinger在client侧的binder—-ISurfaceComposer，接着使用它建立clientconnection连接（实际上是分配一个用于两侧通讯的共享内存块），获取ISurfaceComposerClient，最后创建layer_state_t，保存窗口状态，用于两侧的窗口状态通讯。
SurfaceComposerClient可以加入到列表中由Composer来维护。
SurfaceControl对象指针保存在Surface（Java）中的mSurfaceControl。
SurfaceControl借助于SurfaceComposerClient，实现对UI控件的一些操作：
∙show/hide:
显示隐藏操作
∙setSize/setPosition:
设置大小和位置
∙SetLayer：
设置图层
∙freeze/unfreeze：
冻结与去冻结操作，即是否更新屏幕
∙SetAlpha：
设置Alpha通道，即设置透明等级
∙SetMatrix：
设置平移矩阵
∙setFlags：
设置其它标志
这些SurfaceControl类的功能实现仅仅是对SurfaceComposerClient的简单封装。
可以通过SurfaceComposerClient的函数获取Display的个数、高、宽、旋转方向以及其它信息。
它是通过ComposerService中的控制块信息来实现的。
ScreenshotClient包含屏幕截屏宽（mWidth）和高（mHeight）以及像素格式（PixelFormat），截图数据保存在IMemoryHeap中（mHeap）。
它是调用ISurfaceComposer的captureScreen函数来实现的。
Surface
Surface类继承自EGLNativeBase模板类，因此它实际上一个ANativeWindow，只不过该模板给它添加了引用计数功能，并可安全地进行类型转换。
classSurface
:
publicEGLNativeBase
上层应用程序各有自己的surface，因此多个surface会同时存在，这些surface在本侧就是SurfaceComposerClient所代表，它们可以添加到Composer类维护的列表中。
SurfaceControl会使用SurfaceClient和Surface去完成相应功能，SurfaceControl的getSurface函数会创建Surface，从而也会导致SurfaceClient的创建，进而相应的ISurfaceClientComposer等会被创建。
ISurfaceComposer
ISurfaceComposer是SurfaceFlinger在client侧的一个binder，提供的接口用于对整个屏幕的全局性的管理，如方向旋转、屏幕快照、屏幕事件、屏幕更新的冻结与去冻结等。
它提供的接口对应的枚举类型有：
enum{
//Note:
BOOT_FINISHEDmustremainthisvalue,itiscalledfrom
//JavabyActivityManagerService.
BOOT_FINISHED=IBinder:
:
FIRST_CALL_TRANSACTION,
CREATE_CONNECTION,
CREATE_CLIENT_CONNECTION,
GET_CBLK,
OPEN_GLOBAL_TRANSACTION,
CLOSE_GLOBAL_TRANSACTION,
SET_ORIENTATION,
FREEZE_DISPLAY,
UNFREEZE_DISPLAY,
SIGNAL,
CAPTURE_SCREEN,
TURN_ELECTRON_BEAM_OFF,
TURN_ELECTRON_BEAM_ON
};
它是通过Binder进行IPC通讯的接口，BpSurfaceComposer是client一侧，BnSurfaceComposer是service一侧。
它们都继承自各自的模板类BpInterface和BnInterface，这两个模板类完成双重继承的功能，一个继承IPC通讯的API接口，一个继承Binder功能。
RefBase用于索引计数，类IInterface和ISurface定义了IPC通讯的接口API，IBinder/BBinder使双方具备Binder通讯功能。
其中CREATE_CONNECTION和REATE_CLIENT_CONNECTION打开关闭一个Transaction，在打开和关闭的过程中，可以设置状态，实现窗口管理。
状态变化更改是在一个事务（transaction）中进行的。
其类继承关系如下：
根据Binder继承关系规则，client侧的接口调用通过最终是由Bn侧的子类完成。
我们就可以知道它的它动态的调用关系如下，左侧的调用者一般可以通过指向ISurfaceComposer的智能指针将操作将调用到SurfaceFlinger类的成员函数。
ComposerService对IsurfaceComposer进行了包裹，使用它的getComposerService函数可以获取IsurfaceComposer。
另外，ComposerService还包含了surface_flinger_cblk_t控制块信息，该内存块位于Ashem内存上，由SurfaceFlinger申请，并依据display硬件信息填充字段值。
client端程序通过读取它，即可得到各display的信息。
structdisplay_cblk_t
{//dispaly的各项信息
uint16_tw;
uint16_th;
uint8_tformat;
uint8_torientation;
uint8_treserved[2];
floatfps;
floatdensity;
floatxdpi;
floatydpi;
uint32_tpad[2];
};
structsurface_flinger_cblk_t//4KBmax
{//控制信息块
uint8_tconnected;
uint8_treserved[3];
uint32_tpad[7];
display_cblk_tdisplays[SharedBufferStack:
:
NUM_DISPLAY_MAX];//最多4个display
};
在SufraceFlinger的readyToRun会申请内存，并依据DisplayHardWare中得到display信息：
//createthesharedcontrol-block
mServerHeap=newMemoryHeapBase（4096,
MemoryHeapBase:
:
READ_ONLY,“SurfaceFlingerread-onlyheap”）;//分配内存，没有指定设备名称或描述符fd，默认使用AShem上的内存
LOGE_IF（mServerHeap==0,“can’tcreatesharedmemorydealer”）;
mServerCblk=//得到内存基址
static_cast（mServerHeap->getBase（））;
LOGE_IF（mServerCblk==0,“can’tgettosharedcontrolblock’saddress”）;
new（mServerCblk）surface_flinger_cblk_t;
//initializeprimaryscreen
//（otherdisplayshouldbeinitializedinthesamemanner,but//asynchronously,astheycouldcomeandgo.Noneofthisissupportedyet）.
constGraphicPlane&plane（graphicPlane（dpy））;
constDisplayHardware&hw=plane.displayHardware（）;
constuint32_tw=hw.getWidth（）;
constuint32_th=hw.getHeight（）;
constuint32_tf=hw.getFormat（）;
hw.makeCurrent（）;
//initializethesharedcontrolblock
mServerCblk->connected|=1<display_cblk_t*dcblk=mServerCblk->displays+dpy;
memset（dcblk,0,sizeof（display_cblk_t））;
//给结构体赋值，同一块内存上，client侧可以立即得到
dcblk->w=plane.getWidth（）;
dcblk->h=plane.getHeight（）;
dcblk->format=f;
dcblk->orientation=ISurfaceComposer:
:
eOrientationDefault;
dcblk->xdpi=hw.getDpiX（）;
dcblk->ydpi=hw.getDpiY（）;
dcblk->fps=hw.getRefreshRate（）;
dcblk->density=hw.getDensity（）;
IsurfaceComposerClient
ISurfaceComposerClient用于通过Binder与SurfaceFlinger交互，创建和销毁ISurface，它也可以获取控制块。
在SurfaceFlinger侧会有两种类型的surface：
Client（用于创建销毁ISurace）和UserClient（用于获取控制块进行通讯）。
它提供的接口对应的枚举类型如下：
enum{
GET_CBLK=IBinder:
:
FIRST_CALL_TRANSACTION,
GET_TOKEN,
CREATE_SURFACE,
DESTROY_SURFACE,
SET_STATE
};
动态调用关系图，调用者通过对IsurfaceComposerClient的引用，最后由SufaceFlinger进程中的Client或UserClient来完成：
ISurface
Isurface提供了一个与SufaceFlinger侧进行IPC交互的接口，它主要功能是操作缓冲区。
我们可以从ISurface这个纯虚类中看出起定义的接口操作：
enum{
REGISTER_BUFFERS=IBinder:
:
FIRST_CALL_TRANSACTION,
UNREGISTER_BUFFERS,
POST_BUFFER,//one-waytransaction
CREATE_OVERLAY,
REQUEST_BUFFER,
SET_BUFFER_COUNT,
};
这些枚举就是所支持的接口操作，相应地对应着纯虚成员函数。
我们可以望文生义理解其含义。
如下图，BpSurface是client一侧，BnSurface是service一侧。
它们都继承自各自的模板类BpInterface和BnInterface，这两个模板类完成双重继承的功能，一个继承IPC通讯的API接口，一个继承Binder功能。
RefBase用于索引计数，类IInterface和ISurface定义了IPC通讯的接口API，IBinder/BBinder使双方具备Binder通讯功能。
类继承关系图
动态调用关系如下图所示：
sp
Surfaceflinger制块
在文件SharedBufferStack.h中定义了一个结构体，它是为了通过共享内存的方式快速获取系统所有display物理信息，这个控制块由结构体surface_flinger_cblk_t定义：
structdisplay_cblk_t//显示控制块，Android中默认支持最多4个diaplay
{
uint16_tw;//display的宽
uint16_th;//display的高
uint8_tformat;//格式
uint8_torientation;//旋转方向
uint8_treserved[2];//保留字节
floatfps;//刷新率
floatdensity;//密度
floatxdpi;//x方向上的解析度，每英寸的点阵数（dots/inch）
floatydpi;//y方向上的解析度
uint32_tpad[2];//填充字节
};
structsurface_flinger_cblk_t//4KBmax
{
uint8_tconnected;//是否连接
uint8_treserved[3];//保留字节
uint32_tpad[7];//填充字节
display_cblk_tdisplays[SharedBufferStack:
:
NUM_DISPLAY_MAX];//支持最多4个的display
};
Java层在创建一个SurfaceSession实例时，建立到server侧的连接，这个连接的动作实际就是分配内存、创建surface_flinger_cblk_t对象并初始化获得初始值、以及可以跨进程访问的过程。
具体过程是：
在client一侧，创建SurfaceSession时，会创建一个SurfaceComposerClient对象，接着会调用SurfaceComposerClient:
:
onFirstRef:
voidSurfaceComposerClient:
:
onFirstRef（）//第一次创建对象时被调用
{
spsm（getComposerService（））;//导致获取全局控制块
if（sm!
=0）{
spconn=sm->createConnection（）;//创建一个连接，surfaceflinger侧会创建一个Client对象
if（conn!
=0）{
mClient=conn;
Composer:
:
addClient（this）;
mPrebuiltLayerState=newlayer_state_t;
mStatus=NO_ERROR;
}
}
}
在上面的代码中，先在ComposerService的构造函数中获取surfaceflinger控制块。
ComposerService（也就是ISurfaceComposer的Wrapper）构造函数获取surfaceflinger控制块的过程如下：
ComposerService:
:
ComposerService（）
:
Singleton（）{
constString16name（“SurfaceFlinger”）;
while（getService（name,&mComposerService）!
=NO_ERROR）{
usleep（250000）;
}
mServerCblkMemory=mComposerService->getCblk（）;//获取IMemoryHeap
mServerCblk=static_cast（
mServerCblkMemory->getBase（））;//在IMemoryHeap中的基址指针转换为surface_flinger_cblk_t指针
}
另外，SurfaceComposerClient的onFirstRef会创建一个connection，它的目的是创建代理对象，用于BinderIPC通讯，ISurfaceComposerClient接口强指针指向该代理对象。
在server侧，它只是调用Client（也就是ISurfaceComposerClient接口在server侧的真正实现者）构造函数创建一个Client对象进行类型转换后返回。
而实际的内存分配是在server侧创建SurfaceFlinger后准备运行其工作线程时完成的，见SurfaceFlinger:
:
readyToRun函数：
status_tSurfaceFlinger:
:
readyToRun（）
{
LOGI（“SurfaceFlinger’smainthreadreadytorun.”
“InitializinggraphicsH/W…”）;
//weonlysupportonedisplaycurrently
intdpy=0;
{
//initializethemaindisplay
GraphicPlane&plane（graphicPlane（dpy））;
DisplayHardware*consthw=newDisplayHardware（this,dpy）;
plane.setDisplayHardware（hw）;
}
//createthesharedcontrol-block
//创建共享控制块，因未指定在何处分配内存，默认的是ashmem上
mServerHeap=newMemoryHeapBase（4096,
MemoryHeapBase:
:
READ_ONLY,“SurfaceFlingerread-onlyheap”）;
LOGE_IF（mServerHeap==0,“can’tcreatesharedmemorydealer”）;
mServerCblk=static_cast（mServerHeap->getBase（））;//获取基址
LOGE_IF（mServerCblk==0,“can’tgettosharedcontrolblock’saddress”）;
new（mServerCblk）surface_flinger_cblk_t;
//initializeprimaryscreen
//（otherdisplayshouldbeinitializedinthesamemanner,but
//asynchronously,astheycouldcomeandgo.Noneofthisissupportedyet）.
constGraphicPlane&plane（graphicPlane（dpy））;
constDisplayHardware&hw=plane.displayHardware（）;
constuint32_tw=hw.getWidth（）;
constuint32_th=hw.getHeight（）;
constuint32_tf=hw.getFormat（）;
hw.makeCurrent（）;
//initializethesharedcontrolblock
mServerCblk->connected|=1<display_cblk_t*dcblk=mServerCblk->displays+dpy;
memset（dcblk,0,sizeof（display_cblk_t））;
dcblk->w=plane.getWidth（）;
dcblk->h=plane.getHeight（）;
dcblk->format=f;
dcblk->orientation=ISurfaceComposer:
:
eOrientationDefault;
dcblk->xdpi=hw.getDpiX（）;
dcblk->ydpi=hw.getDpiY（）;
dcblk->fps=hw.getRefreshRate（）;
dcblk->density=hw.getDensity（）;
……//省略部分代码
}
它为该控制块在ashmem上分配内存并对其初始化赋值。
SharedClient控制块
在SurfaceControl的getSurface（）时，会创
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