Android MTP流程

概要

本文的目的是介绍Android系统中MTP的一些相关知识。主要的内容包括：第1部分 MTP简介 对Mtp协议进行简单的介绍。第2部分 MTP框架 介绍Android系统下MTP的框架。第3部分 MTP启动流程 详细分析MTP服务的启动流程，包括Java层, JNI层, kernel相关知识的介绍。第4部分 MTP协议之I->R流程 以"PC中打开一个MTP上的文件(读取文件内容)"为例，来对"MTP协议中Initiator到Reponser的流程"进行说明。第5部分 MTP协议之R->I流程 以"Android设备中将一个文件拷贝到其他目录"来对"MTP协议中Reponser到Initiator的流程"进行说明。注意：本文的MTP分析的软件环境Android 4.3 + Kernel 3.0！

第1部分 MTP简介

MTP，全称是Media Transfer Protocol（媒体传输协议）。它是微软的一个为计算机和便携式设备之间传输图像、音乐等所定制的协议。

Android从3.0开始支持MTP。MTP的应用分两种角色，一个是作为Initiator，另一个作为Responder。以"Android平板电脑"连接"PC"为例，他们的关系如图1-01所示。

Initiator —— 在MTP中所有的请求都有Initiator发起。例如，PC请求获取Android平板电脑上的文件数据。

Responder —— 它会处理Initiator的请求；除此之外，Responder也会发送Event事件。

注意：关于MTP的详细规格请参考《MTP_Specification_V1.0》！

第2部分 MTP框架

说明：

  在**Kernel**层，**USB驱动**负责数据交换，而**MTP驱动**负责和上层进行通信，同时也和USB驱动进行通信。

(01)USB驱动负责数据交换，是指Android设备和PC通过USB数据线连接之后，实际的数据交换是经过USB数据线发送给USB驱动的。

(02)对于"MTP请求"而言，MTP驱动会从USB驱动中解析出的MTP请求数据，然后传递给上层。而对于上层传来的"MTP反馈"，MTP驱动也会将反馈内容打包好之后，通过传递给USB驱动。

在JNI层，MtpServer会不断地监听Kernel的消息"MTP请求"，并对相应的消息进行相关处理。同时，MTP的Event事件也是通过MtpServer发送给MTP驱动的。 MtpStorage对应一个"存储单元"；例如，SD卡就对应一个MtpStorage。 MtpPacket和MtpEventPacket负责对MTP消息进行打包。android_mtp_MtpServer是一个JNI类，它是"JNI层的MtpServer 和 Java层的MtpServer"沟通的桥梁。android_mtp_MtpDatabase也是一个JNI类，JNI层通过它实现了对MtpDatabase(Framework层)的操作。

在Framework层，MtpServer相当于一个服务器，它通过和底层进行通信从而提供了MTP的相关服务。MtpDatabase充当着数据库的功能，但它本身并没有数据库对数据进行保存，本质上是通过MediaProvider数据库获取所需要的数据。MtpStorage对应一个"存储单元"，它和"JNI层的MtpStorage"相对应。

在Application层，MtpReceiver负责接收广播，接收到广播后会启动/关闭MtpService；例如，MtpReceiver收到"Android设备 和 PC连上"的消息时，会启动MtpService。 MtpService的作用是提供管理MTP的服务，它会启动MtpServer，以及将本地存储内容和MTP的内容同步。 MediaProvider在MTP中的角色，是本地存储内容查找和本地内容同步；例如，本地新增一个文件时，MediaProvider会通知MtpServer从而进行MTP数据同步。

第3部分 MTP启动流程

该部分对MTP服务的启动流程进行详细介绍。我们先通过时序图对MTP启动流程有个整体印象，然后再通过代码进行详细分析。其中，涉及的内容，包括Java层、JNI层和Kernel。

MTP服务启动时，Java层的程序流程如下图3-01所示。

说明：MTP服务启动的触发事件是"PC和Android设备建立MTP连接"。当她们建立MTP连接时，USB驱动将产生USB连接消息，并最终通知UsbManager。UsbManager发出广播，并且广播被MtpReceiver收到；MtpReceiver收到广播后会启动MtpService，同时通知MediaProvider。MediaProvider会与MtpService绑定，若Android设备中的文件结构有变化(如"新键文件")，MediaProvider则会通知MtpService。MtpService启动后会创建MtpDatabase；之后，还会创建MtpServer，MtpServer会和MtpDatabase关联。然后，MtpService会遍历本地的存储设备，并建立相应的MtpStorage，并将该MtpStorage添加到MtpDatabase和MtpServer中。最后，MtpService会启动MtpServer。

MTP服务启动时，JNI层的程序流程如下图3-02所示。

说明： 前面说过MtpService启动后会先后创建MtpDatabase对象和MtpServer对象(Java层)，然后启动MtpServer(Java层)。

在创建MtpDatabase对象时，会通过native_setup()调用JNI本地方法。目的是进行初始化，为后面的MtpServer调用做准备。

在创建MtpServer对象(Java层)时，会通过native_setup()调用JNI本地方法。在本地方法中，打开MTP驱动创建的文件节点"/dev/mtp_usb"，并会获取MyMtpDatabase对象，然后创建"MtpServer对象(JNI层)"。

在启动MtpServer线程时，会对应的执行MtpServer(JNI层)的run()方法。MtpServer(JNI层)的run()中会不断的从"/dev/mtp_usb"中读取数据，并进行相应的处理。

涉及到的主要文件的路径：

packages/providers/MediaProvider/src/com/android/providers/media/MtpReceiver.java
packages/providers/MediaProvider/src/com/android/providers/media/MtpService.java
packages/providers/MediaProvider/src/com/android/providers/media/MediaProvider.java
frameworks/base/media/java/android/mtp/MtpServer.java
frameworks/base/media/java/android/mtp/MtpDatabase.java
frameworks/base/media/java/android/mtp/MtpStorage.java
frameworks/base/media/jni/android_mtp_MtpServer.cpp
frameworks/base/media/jni/android_mtp_MtpDatabase.cpp
frameworks/av/media/mtp/MtpServer.h
frameworks/av/media/mtp/MtpServer.cpp
frameworks/av/media/mtp/MtpDatabase.h

USB_STATE广播，即"android.hardware.usb.action.USB_STATE"广播。它是在USB连上/断开时，由UsbManager发出的广播；MtpReceive会接收该广播并进行处理。

例如，当"Android设备"和"PC"通过USB连接时，MtpReceiver会接收到USB_STATE广播，并判断"USB是不是连上，MTP是不是Enable状态"从而决定是否启动MtpService。

接下来，通过代码对MTP的服务启动的各个流程进行分析

1 USB_STATE广播

USB_STATE广播，即"android.hardware.usb.action.USB_STATE"广播。它是在USB连上/断开时，由UsbManager发出的广播；MtpReceive会接收该广播并进行处理。

例如，当"Android设备"和"PC"通过USB连接时，MtpReceiver会接收到USB_STATE广播，并判断"USB是不是连上，MTP是不是Enable状态"从而决定是否启动MtpService。

1.1 MtpReceiver监听广播的注册

MtpReceiver.java在它对应的manifest中注册监听"android.intent.action.BOOT_COMPLETED" 和 "android.hardware.usb.action.USB_STATE" 监听。

packages/providers/MediaProvider/AndroidManifest.xml中的源码如下：

<receiver android:name=".MtpReceiver">
    <intent-filter>
        <action android:name="android.intent.action.BOOT_COMPLETED" />
    </intent-filter>
    <intent-filter>
        <action android:name="android.hardware.usb.action.USB_STATE" />
    </intent-filter>
</receiver>

1.2 MtpReceiver对广播的处理

MtpReceiver对广播的处理在MtpReceiver.java中实现，源码如下：

public void onReceive(Context context, Intent intent) {
    final String action = intent.getAction();
    if (Intent.ACTION_BOOT_COMPLETED.equals(action)) {
        final Intent usbState = context.registerReceiver(
                null, new IntentFilter(UsbManager.ACTION_USB_STATE));
        if (usbState != null) {
            handleUsbState(context, usbState);
        }
    } else if (UsbManager.ACTION_USB_STATE.equals(action)) {
        handleUsbState(context, intent);
    }
}

说明：

MtpReceiver的onReceive()中会处理Intent.ACTION_BOOT_COMPLETED 和 UsbManager.ACTION_USB_STATE 这两个广播。

Intent.ACTION_BOOT_COMPLETED 和 UsbManager.ACTION_USB_STATE 的处理流程一样，最终都是通过handleUsbState()来处理的。下面的是基于UsbManager.ACTION_USB_STATE广播。

当"Android设备"和"PC"连接时，Android系统会检测USB连接事件并发出UsbManager.ACTION_USB_STATE广播。MtpReceiver最终会调用handleUsbState()对该广播进行处理。

1.3 MtpReceiver的handleUsbState()

handleUsbState()也在MtpReceiver.java中实现，源码如下：

private void handleUsbState(Context context, Intent intent) {
    Bundle extras = intent.getExtras();
    boolean connected = extras.getBoolean(UsbManager.USB_CONFIGURED);    // 获取USB的连接状态
    boolean mtpEnabled = extras.getBoolean(UsbManager.USB_FUNCTION_MTP); // 获取MTP的Enable状态
    boolean ptpEnabled = extras.getBoolean(UsbManager.USB_FUNCTION_PTP); // 获取PTP的Enable状态

    if (connected && (mtpEnabled || ptpEnabled)) {
        // 如果USB是连接状态，并且“MTP或者PTP是Enable状态”就执行下面的代码

        intent = new Intent(context, MtpService.class);
        if (ptpEnabled) {
            intent.putExtra(UsbManager.USB_FUNCTION_PTP, true);
        }
        // 启动MtpService服务
        context.startService(intent);
        // 通知MediaProvider，MTP已经连上。
        context.getContentResolver().insert(Uri.parse(
                "content://media/none/mtp_connected"), null);
    } else {
        // 结束MtpService服务
        context.stopService(new Intent(context, MtpService.class));
        // 通知MediaProvider，MTP已经断开。
        context.getContentResolver().delete(Uri.parse(
                "content://media/none/mtp_connected"), null, null);
    }
}

说明：

handleUsbState()会先获取"USB连接状态"，"MTP和PTP的Enable"状态。

如果USB是连上的，并且MTP或PTP是Enable，则启动MtpService，并通知MediaProvider。

否则的话，则终止MtpService，并通知MediaProvider。

小结：MtpReceiver会监听"Android设备开机完成广播" 和 "USB连接/断开广播"的处理。到收到广播时，会根据"USB的连接状态，MTP/PTP的Enable状态"决定对MTP的处理。如果是连上状态，而且MTP服务是Enable的，则启动MtpService服务；并且通知MediaProvider。

2 startService()

在"Android设备与PC连上，并且MTP是Enable"的情况下，MtpService会被启动。在"Android设备与PC断开"时，MtpService会被终止。

MtpService的作用是提供管理MTP的服务。例如，MtpService启动时，它会遍历Android设备上所有的存储设备，如果该存储设备是挂载的，则创建该存储设备对应的MtpStorage对象，并将该MtpStorage对象添加到MtpDatabase和MtpServer中。在Android设备中存储结构发生变化时，会收到MediaProvider发来的消息，进而将消息转发给MtpServer，进行MTP同步。

下面，通过代码对MtpService进行介绍。

2.1 创建MtpService

MtpService继承于Service，这意味着它是一个服务。根据服务的执行流程，MtpService在创建后会执行onCreate()函数。

MtpService中onCreate()的源码如下：

public class MtpService extends Service {

    @Override
    public void onCreate() {
        // 监听“屏幕解锁”广播
        registerReceiver(mReceiver, new IntentFilter(Intent.ACTION_USER_PRESENT));

        // 获取StorageManager对象。根据静态工厂方法获取的。
        mStorageManager = StorageManager.from(this);
        synchronized (mBinder) {
            // 根据“屏幕锁定与否”来启动/禁用Mtp功能。
            // 如果是当前用户在设定了屏幕解锁密码的情况下锁屏，则禁用Mtp功能。
            updateDisabledStateLocked();
            // 监听“存储设备的挂载/卸载等广播事件”。
            mStorageManager.registerListener(mStorageEventListener);
            // 遍历“Android设备”上所有存储设备。
            // 如果该存储设备是“挂载状态(MEDIA_MOUNTED)”，则通过Mtp锁定该存储设备；
            // 这里的Mtp锁定，是指Mtp能识别到该存储设备，并将该存储设备映射到PC上。
            StorageVolume[] volumes = mStorageManager.getVolumeList();
            mVolumes = volumes;
            for (int i = 0; i < volumes.length; i++) {
                String path = volumes[i].getPath();
                String state = mStorageManager.getVolumeState(path);
                if (Environment.MEDIA_MOUNTED.equals(state)) {
                    volumeMountedLocked(path);
                }
            }
        }
    }
    ...
}

说明：

(01) 如果当前用户在设定了"屏幕锁定密码"的情况下将Android设备锁屏，此时MTP功能是被禁用掉的。

   updateDisabledStateLocked()的作用，就是处理这种情况的。如果"用户不是当前用户" 或者 "用户在设定了'屏幕锁定密码'的情况下将Android设备锁屏"；此时MTP功能都是被禁用了的。

   mReceiver是处理解锁的广播。当屏幕锁解除之后，MTP又能恢复正常工作！

(02) MTP是将Android设备的存储设备映射到PC上。因此，Android设备上的存储设备如果被用户卸载掉的话，要通知PC；而mStorageEventListener就是来监听"Android设备上的存储设备的挂载/卸载状态"的。

2.2 volumeMountedLocked()

volumeMountedLocked()在MtpService.java中实现，源码如下：

private void volumeMountedLocked(String path) {
    // 忽略“U盘”
    if(MediaProvider.UDISK_MOUNT_POINT.equals(path))
        return;
    // 在所有的存储设备中遍历，找出该“path对应的存储设备”，并将它添加到mVolumeMap中。
    for (int i = 0; i < mVolumes.length; i++) {
        StorageVolume volume = mVolumes[i];
        if (volume.getPath().equals(path)) {
            long reserveSpace = volume.getMtpReserveSpace() * 1024 * 1024;
            if(path.equals(MediaProvider.LOCAL_MOUNT_POINT))
                volume.setStorageId(0);
            else if(path.equals(MediaProvider.UDISK_MOUNT_POINT)){
                volume.setStorageId(2);
            }else{
                volume.setStorageId(1);
            }
            mVolumeMap.put(path, volume);
            if (!mMtpDisabled) {
                if (volume.isPrimary() || !mPtpMode) {
                    addStorageLocked(volume);
                }
            }
            break;
        }
    }
}

说明：

虽然 volumeMountedLocked()调用addStorageLocked()。但此时没有进行实质性的动作，真正映射的工作是在onStartCommand()中完成的，即在服务启动之后完成的。

2.3 onStartCommand()

由于MtpService是"Started Service"类型的服务，而不是"Bound Service"。所以，MtpService启动之后会执行onStartCommand()。

MtpService.java中onStartCommand()的源码如下：

public int onStartCommand(Intent intent, int flags, int startId) {
    synchronized (mBinder) {
        // 根据“屏幕锁定与否”来启动/禁用Mtp功能。
        // 如果是当前用户在设定了屏幕解锁密码的情况下锁屏，则禁用Mtp功能。
        updateDisabledStateLocked();
        mPtpMode = (intent == null ? false
                : intent.getBooleanExtra(UsbManager.USB_FUNCTION_PTP, false));
        String[] subdirs = null;
        if (mPtpMode) {
            // PTP模型才执行到这里。
            int count = PTP_DIRECTORIES.length;
            subdirs = new String[count];
            for (int i = 0; i < count; i++) {
                File file =
                        Environment.getExternalStoragePublicDirectory(PTP_DIRECTORIES[i]);
                // make sure this directory exists
                file.mkdirs();
                subdirs[i] = file.getPath();
            }
        }
        // 获取“主存储分区”。
        final StorageVolume primary = StorageManager.getPrimaryVolume(mVolumes);
        // 新建MtpDatabase对象
        mDatabase = new MtpDatabase(this, MediaProvider.LOCAL_VOLUME,
            primary.getPath(), subdirs);
        manageServiceLocked();
    }
    return START_STICKY;
}

说明：onStartCommand()中创建了mDatabase对象，然后调用manageServiceLocked()。

2.4 manageServiceLocked()

该函数在MtpService.java中实现，源码如下：

private void manageServiceLocked() {
    // 是不是当前用户
    final boolean isCurrentUser = UserHandle.myUserId() == ActivityManager.getCurrentUser();
    if (mServer == null && isCurrentUser) {
        // 新建mServer对象
        mServer = new MtpServer(mDatabase, mPtpMode);
        // 如果MTP没被禁用调，则调用addStorageDevicesLocked()
        if (!mMtpDisabled) {
            addStorageDevicesLocked();
        }
        // 启动MtpServer
        mServer.start();
    } else if (mServer != null && !isCurrentUser) {
        mServer = null;
    }
}

说明：manageServiceLocked()会新建MtpServer对象，在通过addStorageDevicesLocked()将存储设备添加到Mtp上之后，再启动MtpServer。MtpService会启动一个线程用于管理Android设备和PC之间的通信，它也会"将通过addStorageDevicesLocked()添加的存储设备"映射到PC上。

2.5 addStorageDevicesLocked()

该函数在MtpService.java中实现，源码如下：

private void addStorageDevicesLocked() {
    if (mPtpMode) {
        final StorageVolume primary = StorageManager.getPrimaryVolume(mVolumes);
        final String path = primary.getPath();
        if (path != null) {
            String state = mStorageManager.getVolumeState(path);
            if (Environment.MEDIA_MOUNTED.equals(state)) {
                addStorageLocked(mVolumeMap.get(path));
            }
        }
    } else {
        // 如果是MTP模式，则调用addStorageLocked()，mVolumeMap中的存储设备添加到Mtp中。
        for (StorageVolume volume : mVolumeMap.values()) {
            addStorageLocked(volume);
        }
    }
}

说明： 如果是MTP模式，则调用addStorageLocked()，mVolumeMap中的存储设备添加到Mtp中。mVolumeMap在volumeMountedLocked()中已经被初始化，它保存的是挂载状态的存储设备。

2.6 addStorageLocked()

该函数在MtpService.java中实现，源码如下：

该函数在MtpService.java中实现，源码如下：
private void addStorageLocked(StorageVolume volume) {
    // 忽略 “volume为空” 或者 “volume是u盘”的情况
    if(volume != null && MediaProvider.UDISK_MOUNT_POINT.equals(volume.getPath()))
        return;
    // 新建该“存储设备”对应的MtpStorage，并将该“存储设备”添加到哈希表mStorageMap中。
    MtpStorage storage = new MtpStorage(volume, getApplicationContext());
    String path = storage.getPath();
    mStorageMap.put(path, storage);

    // 将storage添加到mDatabase中
    if (mDatabase != null) {
        mDatabase.addStorage(storage);
    }
    // 将storage添加到mServer中
    if (mServer != null) {
        mServer.addStorage(storage);
    }
}

小结：

MtpService服务的主要工作是搜索出Android设备上所有"挂载"的存储设备，然后根据这些挂载的存储设备分别创建MtpStorage对象；随后，将MtpStorage对象添加到MtpDatabase中进行数据转换和同步，同时也将MtpStorage添加MtpServer，随后的"Android设备和PC之间的通信和数据同步等工作"就交由MtpServer主导进行。

3 insert("mtp_connected")

MtpReceiver在handleUsbState()通过insert()将消息上报给MediaProvider。

3.1 MediaProvider静态注册块

MediaProvider在静态块中添加了对"mtp_connected"事件的监听。源码如下：

static
{
    ...

    URI_MATCHER.addURI("media", "*/mtp_connected", MTP_CONNECTED);
    ...
}

3.2 MediaProvider中的insert()

当MtpReceiver给MediaProvider发出"插入的mtp_connected"消息时，MediaProvider会执行insert()函数。源码如下：

@Override
public Uri insert(Uri uri, ContentValues initialValues) {
    int match = URI_MATCHER.match(uri);

    ArrayList<Long> notifyRowIds = new ArrayList<Long>();
    Uri newUri = insertInternal(uri, match, initialValues, notifyRowIds);
    notifyMtp(notifyRowIds);

    // we will signal instead after file transfer is successful.
    if (newUri != null && match != MTP_OBJECTS) {
        getContext().getContentResolver().notifyChange(uri, null);
    }
    return newUri;
}

3.3 MediaProvider中的insertInternal()

MediaProvider对插入消息的处理在insertInternal()中执行，它的源码如下：

private Uri insertInternal(Uri uri, int match, ContentValues initialValues,
                           ArrayList<Long> notifyRowIds) {
    ...

    switch (match) {
        case MTP_CONNECTED:
            synchronized (mMtpServiceConnection) {
                if (mMtpService == null) {
                    Context context = getContext();
                    // 将MediaProvider和MtpService绑定。
                    context.bindService(new Intent(context, MtpService.class),
                            mMtpServiceConnection, Context.BIND_AUTO_CREATE);
                }
            }
            break;
       ...
   }
   ...
}

说明：insertInternal()会调用bindService()将MediaProvider和MtpService绑定。

4 bindService()

在MediaProvider的insertInternal()中会调用bindService()，而bindService()则会将MediaProvider和MtpService绑定。

而之所以要绑定，是为了将实现MTP同步。例如，当Android设备上新建一个文件时，最终后同步到MediaProvider数据库中；而MediaProvider数据库看同步完成之后，会发送消息给MtpService通知它进行MTP的同步。

小结：MediaProvider在MtpService启动时和MtpService绑定，在MtpService终止时解除绑定。而绑定的目的是为了实现MTP同步功能。

5 mDatabase=new MtpDatabase()

在MtpService的onStartCommand()中，会通过new MtpDatabase()创建MtpDatabase对象。

MtpDatabase在MTP中，充当着数据库的功能。但它本身并没有数据库对数据进行保存，本质上是通过MediaProvider数据库获取所需要的数据。例如，当在PC上，需要读取某个文件时，MtpDatabase会在MediaProvider数据库中查询出文件的相关信息(包括文件名、大小、扩展名等)；然后将这些信息交给MtpServer，MtpServer将消息传递给JNI，在JNI中会通过文件名打开，然后再文件句柄等信息传递给Kernel；Kernel根据文件句柄读取文件信息，并传给PC。

下面，通过代码查看以下MtpDatabase的流程。先看MtpDatabase构造函数，源码如下：

public class MtpDatabase {

    public MtpDatabase(Context context, String volumeName, String storagePath,
            String[] subDirectories) {
        // 调用JNI函数
        native_setup();

        // 初始化
        mContext = context;
        mPackageName = context.getPackageName();
        mMediaProvider = context.getContentResolver().acquireProvider("media");
        mVolumeName = volumeName;
        mMediaStoragePath = storagePath;
        mObjectsUri = Files.getMtpObjectsUri(volumeName);
        mMediaScanner = new MediaScanner(context);

        mSubDirectories = subDirectories;

        ...

        // 初始化设备属性，将其保存到SharedPreferences中
        initDeviceProperties(context);
    }
    ...
}

说明：MtpDatabase的构造函数主要进行的是初始化工作，它首先会调用native_setup()。

5.1 native_setup()

native_setup()在MtpDatabase.java中是一个本地方法。它的相关定义如下：

1 static {
2     System.loadLibrary("media_jni");
3 }
4 private native final void native_setup();

说明：

从中可以看出native_setup()的实现在libmedia_jni.so中，准确的说是在android_mtp_MtpDatabase.cpp中的注册。相关的代码如下：

1 static JNINativeMethod gMtpDatabaseMethods[] = {
2     {"native_setup",            "()V",  (void *)android_mtp_MtpDatabase_setup},
3     {"native_finalize",         "()V",  (void *)android_mtp_MtpDatabase_finalize},
4 };

从中，我们看出，native_setup()实际上是和JNI中的android_mtp_MtpDatabase_setup()对应。android_mtp_MtpDatabase_setup()的源码如下：

static void android_mtp_MtpDatabase_setup(JNIEnv *env, jobject thiz)
{
    // 新建MyMtpDatabase对象database
    MyMtpDatabase* database = new MyMtpDatabase(env, thiz);
    // 将database对象保存“field_context”域中。
    env->SetIntField(thiz, field_context, (int)database);
    checkAndClearExceptionFromCallback(env, __FUNCTION__);
}

说明：

android_mtp_MtpDatabase_setup()会创建一个MyMtpDatabase对象，并将该对象保存"field_context"域中。这个被保存的MyMtpDatabase对象在后面会被用到。

5.2 database=new MyMtpDatabase()

MyMtpDatabase位于"JNI层"，它与"Java层的MtpDatabase"对应。MTP通过调用MyMtpDatabase的接口，给Java层的MtpDatabase发送消息；从而进行相关MTP数据的收集。

小结：MtpDatabase的相当于MTP的数据库。在MtpDatabase的创建过程中，它最终会调用JNI本地方法，创建一个MyMtpDatabase对象，并将该对象保存在域field_context中。MTP通过调用保存在field_context域中的MyMtpDatabase对象，从而调用MtpDatabase，进而获取相关的数据。

6 mServer=new MtpServer()

MtpServer是一个实现Runnable接口，它相当于一个线程；并且在MtpService中被启动。

MtpServer在MTP的Framework层中，充当着服务器的角色。例如，当MTP服务启动时，它会通知底层；当Android设备中新增文件时，它会收到MtpService的消息，并将该消息转发给底层。

MtpServer的构造函数源码如下：

public class MtpServer implements Runnable {
    public MtpServer(MtpDatabase database, boolean usePtp) {
        native_setup(database, usePtp);
    }
    ...
}

说明：MtpServer实现了Runnable接口，在它的构造函数中，它会调用native_setup()本地方法。在MtpServer中，声明了许多native方法，它们的相关代码如下：

static {
    System.loadLibrary("media_jni");
}
private native final void native_setup(MtpDatabase database, boolean usePtp);
private native final void native_run();
private native final void native_cleanup();
private native final void native_send_object_added(int handle);
private native final void native_send_object_removed(int handle);
private native final void native_add_storage(MtpStorage storage);
private native final void native_remove_storage(int storageId);

6.1 native_setup()

MtpServer中的native方法在android_mtp_MtpServer.cpp中注册，注册表格如下：

static JNINativeMethod gMethods[] = {
    {"native_setup",                "(Landroid/mtp/MtpDatabase;Z)V",
                                            (void *)android_mtp_MtpServer_setup},
    {"native_run",                  "()V",  (void *)android_mtp_MtpServer_run},
    {"native_cleanup",              "()V",  (void *)android_mtp_MtpServer_cleanup},
    {"native_send_object_added",    "(I)V", (void *)android_mtp_MtpServer_send_object_added},
    {"native_send_object_removed",  "(I)V", (void *)android_mtp_MtpServer_send_object_removed},
    {"native_add_storage",          "(Landroid/mtp/MtpStorage;)V",
                                            (void *)android_mtp_MtpServer_add_storage},
    {"native_remove_storage",       "(I)V", (void *)android_mtp_MtpServer_remove_storage},
};

从中，我们直到native_setup()实际上是与android_mtp_MtpServer_setup()对应。

android_mtp_MtpServer_setup()的源码如下：

static void android_mtp_MtpServer_setup(JNIEnv *env, jobject thiz, jobject javaDatabase, jboolean usePtp)
{
    // 打开文件“/dev/mtp_usb”
    int fd = open("/dev/mtp_usb", O_RDWR);
    if (fd >= 0) {
        // 根据“fd”和“MtpDatabase”创建MtpServer对象server
        MtpServer* server = new MtpServer(fd, getMtpDatabase(env, javaDatabase),
                usePtp, AID_MEDIA_RW, 0664, 0775);
        // 将server对象保存到“field_MtpServer_nativeContext”域中。
        env->SetIntField(thiz, field_MtpServer_nativeContext, (int)server);
    } else {
        ALOGE("could not open MTP driver, errno: %d", errno);
    }
}

说明：

(01) fd是文件"/dev/mtp_usb"的句柄。实际上，MTP是通过"/dev/mtp_usb"去监听PC的请求和向PC发送数据的。

(02) getMtpDatabase(env, javaDatabase)返回的是MtpDatabase对象。

(03) 根据fd和getMtpDatabase()返回的MtpDatabase对象，创建server对象；然后通过SetIntFiel()将server对象保存到field_MtpServer_nativeContext这个域中。

6.2 fd = open("/dev/mtp_usb")

android_mtp_MtpServer_setup()会打开"/dev/mtp_usb"文件。在MTP中，MtpServer会不断的从"/dev/mtp_usb"去读取数据来监听PC的请求；同时，数据反馈和其他事件也是通过"/dev/mtp_usb"去反馈给Kernel的。

6.3 getMtpDatabase()

该函数在android_mtp_MtpDatabase.cpp中实现，源码如下：

1 MtpDatabase* getMtpDatabase(JNIEnv *env, jobject database) {
2     return (MtpDatabase *)env->GetIntField(database, field_context);
3 }

说明：field_context在前面介绍的"android_mtp_MtpDatabase_setup()"中被初始化。所以，这里实际上返回的是MyMtpDatabase对象。

6.4 new MtpServer(fd, ...)

MtpServer的构造函数在MtpServer.cpp中实现，源码如下：

MtpServer::MtpServer(int fd, MtpDatabase* database, bool ptp,
                    int fileGroup, int filePerm, int directoryPerm)
    :   mFD(fd),
        mDatabase(database),
        mPtp(ptp),
        mFileGroup(fileGroup),
        mFilePermission(filePerm),
        mDirectoryPermission(directoryPerm),
        mSessionID(0),
        mSessionOpen(false),
        mSendObjectHandle(kInvalidObjectHandle),
        mSendObjectFormat(0),
        mSendObjectFileSize(0) {}

说明：

其中比较重要的两则信息：(01) mFD是"/dev/mtp_usb"的文件句柄。 (02) mDatabase是上一步getMtpDatabase()返回的MtpDatabase对象。

7 storage = new MtpStorage()

一个MtpStorage对象代表一个MTP存储单元。当Android设备和PC连上时，可能有几个存储单元：例如，内部存储分区，SD卡分区等。

MtpStorage的构造函数如下：

public class MtpStorage {
    private final int mStorageId;
    private final String mPath;
    private final String mDescription;
    private final long mReserveSpace;
    private final boolean mRemovable;
    private final long mMaxFileSize;

    public MtpStorage(StorageVolume volume, Context context) {
        // 存储设备ID
        mStorageId = volume.getStorageId();
        // 对应“Android设备”上的存储路径
        mPath = volume.getPath();
        // 描述
        mDescription = context.getResources().getString(volume.getDescriptionId());
        // (对MTP而言)可用空间
        mReserveSpace = volume.getMtpReserveSpace() * 1024L * 1024L;
        // 是否可移除
        mRemovable = volume.isRemovable();
        // 最大文件大小。(0表示无限制)
        mMaxFileSize = volume.getMaxFileSize();
    }
    ...
}

8 mDatabase.addStorage(storage)

MtpDatabase.java中addStorage()的源码如下：

public void addStorage(MtpStorage storage) {
    mStorageMap.put(storage.getPath(), storage);
}
public void removeStorage(MtpStorage storage) {
    mStorageMap.remove(storage.getPath());
}

说明：mStorageMap是个HashMap对象。此处，addStorage()的作用就是将"存储设备的信息保存到哈希表中"。当该存储设备被卸载时，会调用MtpDatabase.java的removeStorage()，进而从mStorageMap中删除相应的存储设备。

9 mServer.addStorage(storage)

mServer.addStorage(storage) 会对应执行MtpServer.java中的addStorage()函数。源码如下：

1 public void addStorage(MtpStorage storage) {
2     native_add_storage(storage);
3 }

根据前面介绍的gMethods表格，我们知道native_add_storage()实际上是调用的android_mtp_MtpServer_add_storage()。

9.1 android_mtp_MtpServer_add_storage()

static void android_mtp_MtpServer_add_storage(JNIEnv *env, jobject thiz, jobject jstorage)
{
    Mutex::Autolock autoLock(sMutex);

    // 获取MtpServer对象
    MtpServer* server = getMtpServer(env, thiz);
    if (server) {
        // field_MtpStorage_storageId 和 “MtpStorage.java中的mStorageId” 对应
        jint storageID = env->GetIntField(jstorage, field_MtpStorage_storageId);
        // field_MtpStorage_path 和 “MtpStorage.java中的mPath” 对应
        jstring path = (jstring)env->GetObjectField(jstorage, field_MtpStorage_path);
        // field_MtpStorage_description 和 “MtpStorage.java中的mDescription” 对应
        jstring description = (jstring)env->GetObjectField(jstorage, field_MtpStorage_description);
        // field_MtpStorage_reserveSpace 和 “MtpStorage.java中的mReserveSpace” 对应
        jlong reserveSpace = env->GetLongField(jstorage, field_MtpStorage_reserveSpace);
        // field_MtpStorage_removable 和 “MtpStorage.java中的mRemovable” 对应
        jboolean removable = env->GetBooleanField(jstorage, field_MtpStorage_removable);
        // field_MtpStorage_maxFileSize 和 “MtpStorage.java中的mMaxFileSize” 对应
        jlong maxFileSize = env->GetLongField(jstorage, field_MtpStorage_maxFileSize);

        // 将“jstring类型的path”转换为“C语言中的char *类型”
        const char *pathStr = env->GetStringUTFChars(path, NULL);
        if (pathStr != NULL) {
            // 获取“存储设备”的描述字符串
            const char *descriptionStr = env->GetStringUTFChars(description, NULL);
            if (descriptionStr != NULL) {
                // 创建(MtpStorage.cpp)MtpStorage对象
                MtpStorage* storage = new MtpStorage(storageID, pathStr, descriptionStr,
                        reserveSpace, removable, maxFileSize);
                // 将该MtpStorage对象，添加到MtpServer中
                server->addStorage(storage);
                env->ReleaseStringUTFChars(path, pathStr);
                env->ReleaseStringUTFChars(description, descriptionStr);
            } else {
                env->ReleaseStringUTFChars(path, pathStr);
            }
        }
    } else {
        ALOGE("server is null in add_storage");
    }
}

说明：

(01) getMtpServer()返回的是MtpServer对象。

(02) 通过GetIntField(), GetObjectField()等一系列操作，将相关的域分别和MtpStorage.java中的域对应起来。

(03) 创建MtpStorage对象。

(04) 通过addStorage()将MtpStorage对象，添加到MtpServer中。

9.2 server=getMtpServer()

getMtpServer()在android_mtp_MtpServer.cpp中实现，源码如下：

1 static inline MtpServer* getMtpServer(JNIEnv *env, jobject thiz) {
2     return (MtpServer*)env->GetIntField(thiz, field_MtpServer_nativeContext);
3 }

说明：getMtpServer()返回的是MtpServer对象。该对象，我们在前面介绍的"android_mtp_MtpServer_setup()"的初始化的。

9.3 storage=new MtpStorage()

在android_mtp_MtpServer_add_storage()中，我们通过GetIntField(),GetObjectField(), GetLongField()等方法获取"JNI中的域"对应的"MtpStoarge.java中的类成员"。下面以field_MtpStorage_storageId为例，简单说说"JNI中的域"是如何与"MtpStorage.java中的mStorageId"关联的。

首先，field_MtpStorage_storageId的值是在register_android_mtp_MtpServer()中初始化的。源码如下：

int register_android_mtp_MtpServer(JNIEnv *env)
{
    jclass clazz;

    // 找到java中“android.mtp.MtpStorage.java”包
    clazz = env->FindClass("android/mtp/MtpStorage");
    ...

    // 获取“MtpStorage.java中mStorageId”的fieldId，并保存到field_MtpStorage_storageId中
    field_MtpStorage_storageId = env->GetFieldID(clazz, "mStorageId", "I");
    if (field_MtpStorage_storageId == NULL) {
        ALOGE("Can't find MtpStorage.mStorageId");
        return -1;
    }

    ..
}

register_android_mtp_MtpServer()又是何时被调用的呢？

它是在android_media_MediaPlayer.cpp的JNI_OnLoad()中被调用的，而JNI_OnLoad是我们调用JNI对应的库时被JNI自动调用执行的。

jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)
{
    ...

    if (register_android_mtp_MtpServer(env) < 0) {
        ALOGE("ERROR: MtpServer native registration failed");
        goto bail;
    }

    ...
}

由于在register_android_mtp_MtpServer()中，"MtpStorage.java中mStorageId"的已经保存field_MtpStorage_storageId中；

在android_mtp_MtpServer_add_storage()中，我们就可以通过env->GetIntField(jstorage, field_MtpStorage_storageId)来获取"MtpStorage.java中mStorageId"。

下面，我们看看MtpStorage.h(JNI层)中的成员如下：

class MtpStorage {

private:
    MtpStorageID            mStorageID;
    MtpString               mFilePath;
    MtpString               mDescription;
    uint64_t                mMaxCapacity;
    uint64_t                mMaxFileSize;
    uint64_t                mReserveSpace;
    bool                    mRemovable;

    ...
}

将MtpStroage.h(JNI层)中的成员和"前面介绍的MtpStroage.java的成员"进行对比，它们非常相似。实际上，MTP就是通过MtpStorage.cpp来获取MtpStorage.java的相关信息的。

9.4 server->addStorage(storage)

MtpServer.cpp中addStorage()的源码如下：

void MtpServer::addStorage(MtpStorage* storage) {
    // 获取“信号量”
    Mutex::Autolock autoLock(mMutex);

    // mStorages是“MtpStorage的Vector容量对象”，相当于“MtpStorage的动态数组”。
    mStorages.push(storage);
    // 调用sendStoreAdded()通知PC，让PC通过MTP挂载该存储设备
    sendStoreAdded(storage->getStorageID());
}

说明：addStorage()的作用，就是将"输入参数storage"添加到"mStorages动态数组"中进行管理；然后，调用sendStoreAdded()告诉PC挂载该设备。下面看看sendStoreAdded()是如何处理的。

9.5 sendStoreAdded()

MtpServer.cpp中sendStoreAdded()的源码如下：

1 void MtpServer::sendStoreAdded(MtpStorageID id) {
2     sendEvent(MTP_EVENT_STORE_ADDED, id);
3 }

说明：

MTP_EVENT_STORE_ADDED是"MtpEventCode类型"的数组中的成员，而MtpEventCode是uint16_t类型。所以，MTP_EVENT_STORE_ADDED是一个"16位的无符号整型数"，它代表的是一个MTP事件指令ID。

9.6 sendEvent()

MtpServer.cpp中sendEvent()的源码如下：

void MtpServer::sendEvent(MtpEventCode code, uint32_t param1) {
    if (mSessionOpen) {
        mEvent.setEventCode(code);
        mEvent.setTransactionID(mRequest.getTransactionID());
        mEvent.setParameter(1, param1);
        int ret = mEvent.write(mFD);
        ALOGV("mEvent.write returned %d\n", ret);
    }
}

说明：

(01) mSessionOpen是"MTP会话是否打开的标记"。当PC和Android设备连上之后，PC会发送"打开会话指令"给Android设备从而开打会话；到PC和Android设备断开时，会话才结束。在打开会话时，会设置mSessionOpen为true。这也意味着，此时的mSessionOpen已经为true。

(02) mEvent是MtpEventPacket对象。而MtpEventPacket继承于MtpPacket，MtpEventPacket声明如下：

class MtpEventPacket : public MtpPacket {}

9.7 mEvent.write()

sendEvent()在执行mEvent.write()之前，会初始化mEvent对象。

9.7.1 setEventCode()

setEventCode()在MtpEventPacket.h中实现，源码如下：

inline void setEventCode(MtpEventCode code) { return setContainerCode(code); }

setContainerCode()在MtpPacket.cpp中实现，源码如下：

void MtpPacket::setContainerCode(uint16_t code) {
    putUInt16(MTP_CONTAINER_CODE_OFFSET, code);
}

putUInt16()在MtpPacket.cpp中实现，源码如下：

void MtpPacket::putUInt16(int offset, uint16_t value) {
    mBuffer[offset++] = (uint8_t)(value & 0xFF);
    mBuffer[offset++] = (uint8_t)((value >> 8) & 0xFF);
}

说明：

putUInt16()是"将16位的无符号整型数 写入 到缓冲中"。其中，mBuffer是"数据缓冲"。

综上所述，setEventCode(code)的作用就是将"消息的编码写入到缓冲"，等其他数据写入缓冲之后，再一起发送给PC。对于"添加存储设备而言"，Android设备发给PC的消息的编码就是MTP_EVENT_STORE_ADDED。

9.7.2 setTransactionID()

setTransactionID()在MtpPacket.cpp中实现，源码如下：

void MtpPacket::setTransactionID(MtpTransactionID id) {
    putUInt32(MTP_CONTAINER_TRANSACTION_ID_OFFSET, id);
}

putUInt32()在MtpPacket.cpp中实现，源码如下：

void MtpPacket::putUInt32(int offset, uint32_t value) {
    mBuffer[offset++] = (uint8_t)(value & 0xFF);
    mBuffer[offset++] = (uint8_t)((value >> 8) & 0xFF);
    mBuffer[offset++] = (uint8_t)((value >> 16) & 0xFF);
    mBuffer[offset++] = (uint8_t)((value >> 24) & 0xFF);
}

说明：

putUInt32()和putUInt16()作用类似，putUInt32()的作用是"将32位的无符号整型数 写入 到缓冲中"。其中，mBuffer是"数据缓冲"。

综上所述，setTransactionID()就是将"TransactionID写入到缓冲"。

9.7.3 setParameter()

setParameter()在MtpPacket.cpp中实现，源码如下：

void MtpPacket::setParameter(int index, uint32_t value) {
    if (index < 1 || index > 5) {
        ALOGE("index %d out of range in MtpPacket::setParameter", index);
        return;
    }
    int offset = MTP_CONTAINER_PARAMETER_OFFSET + (index - 1) * sizeof(uint32_t);
    if (mPacketSize < offset + sizeof(uint32_t))
        mPacketSize = offset + sizeof(uint32_t);
    putUInt32(offset, value);
}

说明： setParameter()的作用是"将StorageID写入缓冲"，从而告诉PC操作哪个"存储设备"。

9.7.4 write()

write()在MtpEventPacket.cpp中实现，源码如下：

int MtpEventPacket::write(int fd) {
    struct mtp_event    event;

    putUInt32(MTP_CONTAINER_LENGTH_OFFSET, mPacketSize);
    putUInt16(MTP_CONTAINER_TYPE_OFFSET, MTP_CONTAINER_TYPE_EVENT);

    // 将“缓冲”赋值给event.data
    event.data = mBuffer;
    event.length = mPacketSize;
    // 通过“ioctl事件”将该消息发送给驱动，驱动再负责和PC通信。
    int ret = ::ioctl(fd, MTP_SEND_EVENT, (unsigned long)&event);
    return (ret < 0 ? ret : 0);
}

说明：

write()的作用，就是将打包好的消息发送给PC。write()的作用是将消息传递给Kernel，真正传递给PC是在Kernel的驱动中进行处理的。感兴趣的可以看看下面Kernel的write()介绍部分。

下面简单介绍下Kernel中write()是如何实现的。通过前面介绍的MTP架构图，我们知道：

(01) PC和Android设备是通过USB协议来进行MTP通信的。

注意：MTP协议除了USB之外，还可以通过BT等协议进行通信；这里只对USB进行说明。

(02) PC给Android设备发送消息时，PC会通过USB传输数据给内核。MTP驱动再从USB中读取出"PC传过来的消息"，然后写入到"/dev/mtp_usb"文件节点上。"/dev/mtp_usb"是MTP驱动对应的节点，在Linux中，一切都是文件；用户通过操作"/dev/mtp_usb"节点，就能读取出"PC发过来的消息"。

(03) Android设备给PC发送消息时，会向将信息写入到"/dev/mtp_usb"文件中。MTP驱动从"/dev/mtp_usb"中读取数据之后，再通过USB传给送PC。

10 mServer.start()

MtpServer实际上是一个Runnable线程接口。在"MtpReceiver的handleUsbState()"中，初始化MtpServer之后，会启动MtpServer。

MtpServer中的run()方法如下：

@Override
public void run() {
    native_run();
    native_cleanup();
}

从中，我们发现run()实际上是调用的本地方法native_run()。

10.1 native_run()

根据前面的gMethods表格，我们知道native_run()对应JNI层的android_mtp_MtpServer_run()方法，它的源码如下：

static void android_mtp_MtpServer_run(JNIEnv *env, jobject thiz)
{
    // 返回MtpServer对象
    MtpServer* server = getMtpServer(env, thiz);
    // 如果server不为NULL，则调用它的run()方法。
    if (server)
        server->run();
    else
        ALOGE("server is null in run");
}

说明：

(01) getMtpServer()返回的是MtpServer对象。这个前面已经介绍过！

(02) 调用MtpServer对象的run()方法。

10.2 run()

void MtpServer::run() {
    // 将mFD赋值给fd，fd就是“/dev/mtp_usb”的句柄
    int fd = mFD;

    while (1) {
        // 读取“/dev/mtp_usb”
        int ret = mRequest.read(fd);

        ...
        // 获取“MTP操作码”
        MtpOperationCode operation = mRequest.getOperationCode();
        MtpTransactionID transaction = mRequest.getTransactionID();

        ...

        // 在handleRequest()中，根据读取的指令作出相应的处理
        if (handleRequest()) {
            ...
        }
    }

    ...
}

说明：

run()会不断的从"/dev/mtp_usb"中读取数据。如果是有效的指令，则在handleRequest()作出相应的处理。

(01) mRequest是MtpRequestPacket对象，MtpRequestPacket是解析"PC请求指令"的类。

(02) handleRequest()是具体处理"MTP各个指令的类"。例如，PC获取Android设备的设备信息指令，是在handleRequest()中处理的。

10.3 while(1)

在run()中，会通过while(1)循环不断的"执行read()，从"/dev/mtp_usb中读取数据"；然后调用handleRequest()对数据进行处理"。

read()函数最终会调用到Kernel的mtp_read()，mtp_read()已经在前面介绍过了。

handleRequest()则是对读取出来的消息进行处理，它的源码如下：

bool MtpServer::handleRequest() {
    Mutex::Autolock autoLock(mMutex);

    MtpOperationCode operation = mRequest.getOperationCode();
    MtpResponseCode response;

    mResponse.reset();

    if (mSendObjectHandle != kInvalidObjectHandle && operation != MTP_OPERATION_SEND_OBJECT) {
        mSendObjectHandle = kInvalidObjectHandle;
    }

    switch (operation) {
        case MTP_OPERATION_GET_DEVICE_INFO:
            response = doGetDeviceInfo();
            break;
        case MTP_OPERATION_OPEN_SESSION:
            response = doOpenSession();
            break;
        case MTP_OPERATION_CLOSE_SESSION:
            response = doCloseSession();
            break;
        ...
        case MTP_OPERATION_GET_OBJECT:
            response = doGetObject();
            break;
        case MTP_OPERATION_SEND_OBJECT:
            response = doSendObject();
            break;
        ...
    }

    if (response == MTP_RESPONSE_TRANSACTION_CANCELLED)
        return false;
    mResponse.setResponseCode(response);
    return true;
}

总结：在"PC和Android设备"连接后，MtpReceiver会收到广播。接着MtpReceiver会启动MtpService，MtpService会启动MtpServer(Java层)。MtpServer(Java)层会调用底层的JNI函数。在JNI中，会打开MTP文件节点"/dev/mtp_usb"，然后MtpServer(JNI层)会不断的从中读取消息并进行处理。

第4部分. MTP驱动

4.1 MTP驱动注册

MTP驱动文件是drivers/usb/gadget/f_mtp.c。它通过下面的代码会映射到文件节点"/dev/mtp_usb"中。

static const char mtp_shortname[] = "mtp_usb";

static const struct file_operations mtp_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .read = mtp_read,
    .write = mtp_write,
    .unlocked_ioctl = mtp_ioctl,
    .open = mtp_open,
    .release = mtp_release,
};

static struct miscdevice mtp_device = {
    .minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,
    .name = mtp_shortname,
    .fops = &mtp_fops,
};

static int mtp_setup(void)
{
    ...

    ret = misc_register(&mtp_device);

    ...
}

说明：

(01) misc_register(&mtp_device)会将MTP注册到虚拟文件系统"/dev"中，而对应的注册的文件节点的名称是"mtp_usb"，即完成的节点是"/dev/mtp_usb"。

(02) 用户空间操作节点"/dev/mtp_usb"就是调用MTP驱动中file_operations中的相关函数。

例如，用户空间通过read()去读取"/dev/mtp_usb"，实际上调用内核空间的是mtp_read()；用户空间通过write()去写"/dev/mtp_usb"，实际上调用内核空间的是mtp_write()。

4.2 mtp_read()

该函数在f_mtp.c中实现，源码如下：

static ssize_t mtp_read(struct file *fp, char __user *buf,
    size_t count, loff_t *pos)
{
    // 从“USB”消息队列中中读取PC发给Android设备的请求，请求消息保存在req中。
    ret = usb_ep_queue(dev->ep_out, req, GFP_KERNEL);
    ...

    // 等待cpu将工作队列(read_wq)上已有的消息处理完毕
    ret = wait_event_interruptible(dev->read_wq, dev->rx_done);
    ...

    // 将“PC的请求数据(req->)”从“内核空间”拷贝到“用户空间”
    if (copy_to_user(buf, req->buf, xfer))
        r = -EFAULT;

    ...
}

说明：mtp_read()会通过USB读取"PC发给Android设备的请求"，获取到请求后，会通过copy_to_user()会将数据从"内核空间"拷贝到"用户空间"，这样用户就能在用户空间读取到该数据。

4.3 mtp_write()

static ssize_t mtp_write(struct file *fp, const char __user *buf,
    size_t count, loff_t *pos)
{

    while (count > 0 || sendZLP) {

        // 将“用户空间”传来的消息(buf)拷贝到“内核空间”的req->buf中。
        if (xfer && copy_from_user(req->buf, buf, xfer))
        ...

        // 将打包好的消息req放到USB消息队列中。
        ret = usb_ep_queue(dev->ep_in, req, GFP_KERNEL);
        ...
    }

    ...
}

说明：mtp_write()会将"用户空间"发来的消息拷贝到"内核空间"，并将该消息打包；然后，将打包好的消息添加到USB消息队列中。USB驱动负责将消息队列中的消息传递给PC。

第5部分 MTP协议之I->R流程

下面以"PC中打开一个MTP上的文件(读取文件内容)"来对"MTP协议中Initiator到Reponser的流程"进行说明。PC读取文件内容的时序图如图4-01所示：

1 read()

根据MTP启动流程中分析可知： MTP启动后，MtpServer.cpp中的MtpServer::run()会通过read()不断地从"/dev/mtp_usb"中读取出"PC发来的消息"。

2 handleRequest()

read()在读取到PC来的消息之后，会交给MtpServer::handleRequest()进行处理。"PC读取文件内容"的消息的ID是MTP_OPERATION_GET_OBJECT；因此，它会通过doGetObject()进行处理。

3. doGetObject()

MtpServer.cpp中doGetObject()的源码如下：

MtpResponseCode MtpServer::doGetObject() {
    ...

    // 根据handle获取文件的路径(pathBuf)、大小(fileLength)和“格式”。
    int result = mDatabase->getObjectFilePath(handle, pathBuf, fileLength, format);
    if (result != MTP_RESPONSE_OK)
        return result;

    // 将文件路径转换为const char*类型。
    const char* filePath = (const char *)pathBuf;
    // 将文件的信息传递给mfr，mfr是kernel的一个结构体；最终将mfr传递给kernel。
    mtp_file_range  mfr;
    mfr.fd = open(filePath, O_RDONLY);                 // 设置“文件句柄”。
    if (mfr.fd < 0) {
        return MTP_RESPONSE_GENERAL_ERROR;
    }
    mfr.offset = 0;                                    // 设置“文件偏移”
    mfr.length = fileLength;
    mfr.command = mRequest.getOperationCode();         // 设置“command”
    mfr.transaction_id = mRequest.getTransactionID();  // 设置“transaction ID”

    // 通过ioctl将文件传给kernel。
    int ret = ioctl(mFD, MTP_SEND_FILE_WITH_HEADER, (unsigned long)&mfr);
    // 关闭文件
    close(mfr.fd);

    ...
}

说明：

doGetDeviceInfo的流程就是，先通过JNI回调Java中的函数，(根据文件句柄)从MediaProvider数据库中获取文件的路径、大小和格式等信息。接着，将这些信息封装到kernel的"mtp_file_range结构体"中。最后，通过ioctl将"mtp_file_range结构体"传递给kernel。这样，kernel就收到文件的相关信息了，kernel负责将文件信息通过USB协议传递给PC。

4 getObjectFilePath()

doGetObject()会调用的getObjectFilePath()。该函数在android_mtp_MtpDatabase.cpp中实现。

MtpResponseCode MyMtpDatabase::getObjectFilePath(MtpObjectHandle handle,
                                            MtpString& outFilePath,
                                            int64_t& outFileLength,
                                            MtpObjectFormat& outFormat) {
    ...

    // 调用MtpDatabase.java中的getObjectFilePath()。
    // 作用是根据文件句柄，获取“文件路径”、“文件大小”、“文件格式”
    jint result = env->CallIntMethod(mDatabase, method_getObjectFilePath,
                (jint)handle, mStringBuffer, mLongBuffer);

    // 设置“文件路径”
    jchar* str = env->GetCharArrayElements(mStringBuffer, 0);
    outFilePath.setTo(str, strlen16(str));
    env->ReleaseCharArrayElements(mStringBuffer, str, 0);

    // 设置“文件大小”和“文件格式”
    jlong* longValues = env->GetLongArrayElements(mLongBuffer, 0);
    outFileLength = longValues[0];
    outFormat = longValues[1];
    env->ReleaseLongArrayElements(mLongBuffer, longValues, 0);

    ...
}

说明：

MyMtpDatabase::getObjectFilePath()实际上通过MtpDatabase.java中的getObjectFilePath()来获取文件的相关信息的。

5 getObjectFilePath()

MtpDatabase.java中getObjectFilePath()的源码如下：

private int getObjectFilePath(int handle, char[] outFilePath, long[] outFileLengthFormat) {
    ...

    // 在MediaProvider中查找文件对应的路径。
    // mObjectsUri是根据文件handle获取到的URI。
    c = mMediaProvider.query(mPackageName, mObjectsUri, PATH_FORMAT_PROJECTION,
                    ID_WHERE, new String[] {  Integer.toString(handle) }, null, null);
    if (c != null && c.moveToNext()) {
        // 获取“文件路径”
        String path = c.getString(1);
        path.getChars(0, path.length(), outFilePath, 0);
        outFilePath[path.length()] = 0;
        // 获取“文件大小”
        outFileLengthFormat[0] = new File(path).length();
        // 获取“文件格式”
        outFileLengthFormat[1] = c.getLong(2);
        return MtpConstants.RESPONSE_OK;
    } else {
        return MtpConstants.RESPONSE_INVALID_OBJECT_HANDLE;
    }

    ...
}

说明：getObjectFilePath()会从MediaProvider的数据库中查找相应的文件，从而获取文件信息。然后，将文件的信息回传给JNI。

6 ioctl

MtpServer.cpp中doGetObject()中获取到文件信息之后，会通过ioctl将MTP_SEND_FILE_WITH_HEADER消息传递给Kernel。

根据前面介绍的Kernel内容克制，ioctl在file_operations中注册，ioctl实际上会执行mtp_ioctl()函数。它的源码如下：

static long mtp_ioctl(struct file *fp, unsigned code, unsigned long value)
{
    ...

    switch (code) {
    case MTP_SEND_FILE:
    case MTP_RECEIVE_FILE:
    case MTP_SEND_FILE_WITH_HEADER:
    {
        struct mtp_file_range    mfr;
        struct work_struct *work;

        // 将“用户空间”传来的值(value)拷贝到“内核空间”的mfr中。
        if (copy_from_user(&mfr, (void __user *)value, sizeof(mfr))) {
            ret = -EFAULT;
            goto fail;
        }
        // 获取文件句柄
        filp = fget(mfr.fd);
        if (!filp) {
            ret = -EBADF;
            goto fail;
        }

        // 将“文件相关的信息”赋值给dev。
        dev->xfer_file = filp;
        dev->xfer_file_offset = mfr.offset;
        dev->xfer_file_length = mfr.length;
        smp_wmb();

        if (code == MTP_SEND_FILE_WITH_HEADER) {
            // 设置work的值
            work = &dev->send_file_work;
            dev->xfer_send_header = 1;
            dev->xfer_command = mfr.command;
            dev->xfer_transaction_id = mfr.transaction_id;
        }
        ...

        // 将work添加到工作队列(dev->wq)中。
        queue_work(dev->wq, work);
        // 对工作队列执行flush操作。
        flush_workqueue(dev->wq);

        break;
    }

    ...
}

说明：mtp_ioctl()在收到MTP_SEND_FILE_WITH_HEADER消息之后，会获取文件相关信息。然后将"work"添加到工作队列dev->wq中进行调度。work对应的函数指针是send_file_work()函数；这就意味着，工作队列会制定send_file_work()函数。

send_file_work()的源码如下：

static void send_file_work(struct work_struct *data)
{
    // 获取dev结构体
    struct mtp_dev *dev = container_of(data, struct mtp_dev,
                        send_file_work);
    ...

    // 读取文件消息
    smp_rmb();
    filp = dev->xfer_file;
    offset = dev->xfer_file_offset;
    count = dev->xfer_file_length;

    while (count > 0 || sendZLP) {

        ...

        // 从文件中读取数据到内存中。
        ret = vfs_read(filp, req->buf + hdr_size, xfer - hdr_size,
                                &offset);

        ...

        // 将req添加到usb终端的队列中
        ret = usb_ep_queue(dev->ep_in, req, GFP_KERNEL);

        ...
    }

    ...
}

说明：send_file_work()的作用就是不断地将文件中的数据读取到内存中，并封装到USB请求结构体req中。然后，再将数据req传递到USB工作队列，USB赋值将文件内容传递给PC。

至此，PC读取文件内容的流程分析完毕！

第6部分 MTP协议之R->I流程

下面以"Android设备中将一个文件拷贝到其他目录"来对"MTP协议中Reponser到Initiator的流程"进行说明。对应的时序图如图5-01所示：

图5-01

1 MediaProvider.java中sendObjectAdded()

在Android设备上将一个文件拷贝到其他目录。文件浏览器中会发出一个Intent事件，通知MediaProvider更新数据库。MediaProvider更新了数据库之后，会通知MTP进行同步处理。MediaProvider通知MTP的源码如下：

private void sendObjectAdded(long objectHandle) {
    synchronized (mMtpServiceConnection) {
        if (mMtpService != null) {
            try {
                mMtpService.sendObjectAdded((int)objectHandle);
            } catch (RemoteException e) {
                Log.e(TAG, "RemoteException in sendObjectAdded", e);
                mMtpService = null;
            }
        }
    }
}

说明：该函数会通知MtpService，Android设备中新建了个文件。

2 MtpService.java中sendObjectAdded()

MtpService.java中sendObjectAdded()的源码如下：

MtpService.java中sendObjectAdded()的源码如下：
public void sendObjectAdded(int objectHandle) {
    synchronized (mBinder) {
        if (mServer != null) {
            mServer.sendObjectAdded(objectHandle);
        }
    }
}

说明：该函数会发送消息给mServer，而mServer是MtpServer对象。

3 MtpServer.java中的sendObjectAdded

1 public void sendObjectAdded(int handle) {
2     native_send_object_added(handle);
3 }

说明：该函数会调研JNI本地方法。

4 native_send_object_added()

native_send_object_added()在android_mtp_MtpServer.cpp中实现。根据前面介绍相关内容可知，native_send_object_added()和android_mtp_MtpServer_send_object_added()对应。后者的源码如下：

static void android_mtp_MtpServer_send_object_added(JNIEnv *env, jobject thiz, jint handle)
{
    Mutex::Autolock autoLock(sMutex);

    // 获取MtpServer，然后调用MtpServer的sendObjectAdded()方法。
    MtpServer* server = getMtpServer(env, thiz);
    if (server)
        server->sendObjectAdded(handle);
    else
        ALOGE("server is null in send_object_added");
}

说明：该函数会将消息发送给MtpServer。

5 MtpServer.cpp中的sendObjectAdded

MtpServer.cpp中sendObjectAdded()的源码如下：

1 void MtpServer::sendObjectAdded(MtpObjectHandle handle) {
2     sendEvent(MTP_EVENT_OBJECT_ADDED, handle);
3 }

说明：sendEvent()的作用，我们前面已经介绍过了。它在此处的目的，就是通过ioctl将消息发送给Kernel。

6 Kernel中的ioctl

在Kernel中，ioctl消息会调用mtp_ioctl()进行处理。它的源码如下：

static long mtp_ioctl(struct file *fp, unsigned code, unsigned long value)
{
    ...

    case MTP_SEND_EVENT:
    {
        struct mtp_event    event;
        // 将“用户空间”传来的值(value)拷贝到“内核空间”的event中。
        if (copy_from_user(&event, (void __user *)value, sizeof(event)))
            ret = -EFAULT;
        else
            ret = mtp_send_event(dev, &event);

        ...
    }

    ...
}

说明：对于MTP_SEND_EVENT消息，mtp_ioctl会先将"用户空间"传递来的消息拷贝到"内核空间"；然后，调用mtp_send_event()进行处理。

7 Kernel中的mtp_send_event()

static int mtp_send_event(struct mtp_dev *dev, struct mtp_event *event)
{
    ...

    // 将“用户空间”传来的“消息的内容(event->data)”拷贝到“内核空间”中
    if (copy_from_user(req->buf, (void __user *)event->data, length))
    ...

    // 将req请求添加到USB队列中。
    ret = usb_ep_queue(dev->ep_intr, req, GFP_KERNEL);

    ...
}

说明：mtp_send_event()会先将"用户空间"传递来的消息的具体内容拷贝到"内核空间"，并将该消息封装在一个USB请求对象req中；然后，将USB请求添加到USB队列中。USB驱动负责将该数据通过USB线发送给PC。

至此，Android设备中将一个文件拷贝到其他目录的流程分析完毕！