surfaceflinger的主要工作就是负责把上层传递下来的各个不同的layer进行composition。

这里,我们来讨论一下各个layer在surfaceflinger中的上下排序关系和相关的代码实现,代码基于android4.3

首先介绍一下两个类,SurfaceFlinger和Client。

简单的说,这两个类的关系可以这么理解:SurfaceFlinger实现了具体的composition的服务,而每一个有UI的程序都需要通过SurfaceFlinger去实现渲染。

这些程序可以通过Client的一些接口来调用SurfaceFlinger以实现这个目的。

Client类中有一个createSurface成员函数

  1. status_t Client::createSurface(
  2. const String8& name,
  3. uint32_t w, uint32_t h, PixelFormat format, uint32_t flags,
  4. sp<IBinder>* handle,
  5. sp<IGraphicBufferProducer>* gbp)
  6. {
  7. /*
  8. * createSurface must be called from the GL thread so that it can
  9. * have access to the GL context.
  10. */
  11.  
  12. class MessageCreateLayer : public MessageBase {
  13. SurfaceFlinger* flinger;
  14. Client* client;
  15. sp<IBinder>* handle;
  16. sp<IGraphicBufferProducer>* gbp;
  17. status_t result;
  18. const String8& name;
  19. uint32_t w, h;
  20. PixelFormat format;
  21. uint32_t flags;
  22. public:
  23. MessageCreateLayer(SurfaceFlinger* flinger,
  24. const String8& name, Client* client,
  25. uint32_t w, uint32_t h, PixelFormat format, uint32_t flags,
  26. sp<IBinder>* handle,
  27. sp<IGraphicBufferProducer>* gbp)
  28. : flinger(flinger), client(client),
  29. handle(handle), gbp(gbp),
  30. name(name), w(w), h(h), format(format), flags(flags) {
  31. }
  32. status_t getResult() const { return result; }
  33. virtual bool handler() {
  34. result = flinger->createLayer(name, client, w, h, format, flags,
  35. handle, gbp);
  36. return true;
  37. }
  38. };
  39.  
  40. sp<MessageBase> msg = new MessageCreateLayer(mFlinger.get(),
  41. name, this, w, h, format, flags, handle, gbp);
  42. mFlinger->postMessageSync(msg);
  43. return static_cast<MessageCreateLayer*>( msg.get() )->getResult();
  44. }

createLayer函数是SurfaceFlinger类的私有函数,但是因为Client是他的友元,所以可以直接调用来创建一个layer。

  1. private:
  2. friend class Client;
  3. friend class DisplayEventConnection;
  4. friend class Layer;
  5. friend class SurfaceTextureLayer;

看下createLayer的代码

  1. status_t SurfaceFlinger::createLayer(
  2. const String8& name,
  3. const sp<Client>& client,
  4. uint32_t w, uint32_t h, PixelFormat format, uint32_t flags,
  5. sp<IBinder>* handle, sp<IGraphicBufferProducer>* gbp)
  6. {
  7. //ALOGD("createLayer for (%d x %d), name=%s", w, h, name.string());
  8. if (int32_t(w|h) < 0) {
  9. ALOGE("createLayer() failed, w or h is negative (w=%d, h=%d)",
  10. int(w), int(h));
  11. return BAD_VALUE;
  12. }
  13.  
  14. status_t result = NO_ERROR;
  15.  
  16. sp<Layer> layer;
  17.  
  18. switch (flags & ISurfaceComposerClient::eFXSurfaceMask) {
  19. case ISurfaceComposerClient::eFXSurfaceNormal:
  20. result = createNormalLayer(client,
  21. name, w, h, flags, format,
  22. handle, gbp, &layer);
  23. break;
  24. case ISurfaceComposerClient::eFXSurfaceDim:
  25. result = createDimLayer(client,
  26. name, w, h, flags,
  27. handle, gbp, &layer);
  28. break;
  29. default:
  30. result = BAD_VALUE;
  31. break;
  32. }
  33.  
  34. if (result == NO_ERROR) {
  35. addClientLayer(client, *handle, *gbp, layer);
  36. setTransactionFlags(eTransactionNeeded);
  37. }
  38. return result;
  39. }

这个函数很清晰,主要是调用createNormalLayer和createDimLayer去创建不同的layer。

我们先忽略createDimLayer,只看createNormalLayer的实现

  1. status_t SurfaceFlinger::createNormalLayer(const sp<Client>& client,
  2. const String8& name, uint32_t w, uint32_t h, uint32_t flags, PixelFormat& format,
  3. sp<IBinder>* handle, sp<IGraphicBufferProducer>* gbp, sp<Layer>* outLayer)
  4. {
  5. // initialize the surfaces
  6. switch (format) {
  7. case PIXEL_FORMAT_TRANSPARENT:
  8. case PIXEL_FORMAT_TRANSLUCENT:
  9. format = PIXEL_FORMAT_RGBA_8888;
  10. break;
  11. case PIXEL_FORMAT_OPAQUE:
  12. #ifdef NO_RGBX_8888
  13. format = PIXEL_FORMAT_RGB_565;
  14. #else
  15. format = PIXEL_FORMAT_RGBX_8888;
  16. #endif
  17. break;
  18. }
  19.  
  20. #ifdef NO_RGBX_8888
  21. if (format == PIXEL_FORMAT_RGBX_8888)
  22. format = PIXEL_FORMAT_RGBA_8888;
  23. #endif
  24.  
  25. *outLayer = new Layer(this, client, name, w, h, flags);
  26. status_t err = (*outLayer)->setBuffers(w, h, format, flags);
  27. if (err == NO_ERROR) {
  28. *handle = (*outLayer)->getHandle();
  29. *gbp = (*outLayer)->getBufferQueue();
  30. }
  31.  
  32. ALOGE_IF(err, "createNormalLayer() failed (%s)", strerror(-err));
  33. return err;
  34. }

这里主要是创建了一个Layer对象。

  1. Layer::Layer(SurfaceFlinger* flinger, const sp<Client>& client,
  2. const String8& name, uint32_t w, uint32_t h, uint32_t flags)
  3. : contentDirty(false),
  4. sequence(uint32_t(android_atomic_inc(&sSequence))),
  5. mFlinger(flinger),
  6. mTextureName(-1U),
  7. mPremultipliedAlpha(true),
  8. mName("unnamed"),
  9. mDebug(false),
  10. mFormat(PIXEL_FORMAT_NONE),
  11. mGLExtensions(GLExtensions::getInstance()),
  12. mOpaqueLayer(true),
  13. mTransactionFlags(0),
  14. mQueuedFrames(0),
  15. mCurrentTransform(0),
  16. mCurrentScalingMode(NATIVE_WINDOW_SCALING_MODE_FREEZE),
  17. mCurrentOpacity(true),
  18. mRefreshPending(false),
  19. mFrameLatencyNeeded(false),
  20. mFiltering(false),
  21. mNeedsFiltering(false),
  22. mSecure(false),
  23. mProtectedByApp(false),
  24. mHasSurface(false),
  25. mClientRef(client)
  26. {
  27. mCurrentCrop.makeInvalid();
  28. glGenTextures(1, &mTextureName);
  29.  
  30. uint32_t layerFlags = 0;
  31. if (flags & ISurfaceComposerClient::eHidden)
  32. layerFlags = layer_state_t::eLayerHidden;
  33.  
  34. if (flags & ISurfaceComposerClient::eNonPremultiplied)
  35. mPremultipliedAlpha = false;
  36.  
  37. mName = name;
  38.  
  39. mCurrentState.active.w = w;
  40. mCurrentState.active.h = h;
  41. mCurrentState.active.crop.makeInvalid();
  42. mCurrentState.z = 0;
  43. mCurrentState.alpha = 0xFF;
  44. mCurrentState.layerStack = 0;
  45. mCurrentState.flags = layerFlags;
  46. mCurrentState.sequence = 0;
  47. mCurrentState.transform.set(0, 0);
  48. mCurrentState.requested = mCurrentState.active;
  49.  
  50. // drawing state & current state are identical
  51. mDrawingState = mCurrentState;
  52. }

这里我们主要关注和layer顺序相关的信息

  1.    sequence(uint32_t(android_atomic_inc(&sSequence))),
  2.  
  3.     mCurrentState.z = 0;
  4.     mCurrentState.layerStack = 0;

这三个变量决定了layer之间的顺序,我来说明一下具体的含义。

首先是layerStack,大家可以把它理解为组的含义。也就是说属于不同组的layer之间互不干扰。

SurfaceFlinger中有一个DisplayDevice类,他表示用来显示的设备,譬如LCD或者是HDMI。

DisplayDevice里也有一个成员变量mLayerStack,在进行composition的时候,只有和这个device的layerstack相同的layer才可能被显示在这个设备上。

第二个是z,其实他就是z-order的意思,表示x,y,z轴的z轴上的顺序。数字越大,表示越在上面,数字越小,表示越在下面。

第三个是sequence,因为sSequence是一个static的变量,所以递加的效果就是为每一个layer设置一个唯一且递增的序列号。

概念介绍完了,我们继续看代码,看看到底是不是这样。

创建完layer之后,createLayer会调用addClientLayer把这个layer的信息添加到当前的状态信息里去。

  1. void SurfaceFlinger::addClientLayer(const sp<Client>& client,
  2. const sp<IBinder>& handle,
  3. const sp<IGraphicBufferProducer>& gbc,
  4. const sp<Layer>& lbc)
  5. {
  6. // attach this layer to the client
  7. client->attachLayer(handle, lbc);
  8.  
  9. // add this layer to the current state list
  10. Mutex::Autolock _l(mStateLock);
  11. mCurrentState.layersSortedByZ.add(lbc);
  12. mGraphicBufferProducerList.add(gbc->asBinder());
  13. }

layersSortedByZ变量很重要,surfaceflinger真正渲染的时候就是靠它来知道哪个layer在上哪个在下的。

这里的add函数就负责把layer放进去

  1. ssize_t SortedVectorImpl::add(const void* item)
  2. {
  3. size_t order;
  4. ssize_t index = _indexOrderOf(item, &order);
  5. if (index < 0) {
  6. index = VectorImpl::insertAt(item, order, 1);
  7. } else {
  8. index = VectorImpl::replaceAt(item, index);
  9. }
  10. return index;
  11. }
  1. ssize_t SortedVectorImpl::_indexOrderOf(const void* item, size_t* order) const
  2. {
  3. // binary search
  4. ssize_t err = NAME_NOT_FOUND;
  5. ssize_t l = 0;
  6. ssize_t h = size()-1;
  7. ssize_t mid;
  8. const void* a = arrayImpl();
  9. const size_t s = itemSize();
  10. while (l <= h) {
  11. mid = l + (h - l)/2;
  12. const void* const curr = reinterpret_cast<const char *>(a) + (mid*s);
  13. const int c = do_compare(curr, item);
  14. if (c == 0) {
  15. err = l = mid;
  16. break;
  17. } else if (c < 0) {
  18. l = mid + 1;
  19. } else {
  20. h = mid - 1;
  21. }
  22. }
  23. if (order) *order = l;
  24. return err;
  25. }
  1. int SurfaceFlinger::LayerVector::do_compare(const void* lhs,
  2. const void* rhs) const
  3. {
  4. // sort layers per layer-stack, then by z-order and finally by sequence
  5. const sp<Layer>& l(*reinterpret_cast<const sp<Layer>*>(lhs));
  6. const sp<Layer>& r(*reinterpret_cast<const sp<Layer>*>(rhs));
  7.  
  8. uint32_t ls = l->currentState().layerStack;
  9. uint32_t rs = r->currentState().layerStack;
  10. if (ls != rs)
  11. return ls - rs;
  12.  
  13. uint32_t lz = l->currentState().z;
  14. uint32_t rz = r->currentState().z;
  15. if (lz != rz)
  16. return lz - rz;
  17.  
  18. return l->sequence - r->sequence;
  19. }

连着贴了3个函数,其主要作用就是判断这个layer要插在layersSortedByZ的什么位置。

从do_compare我们可以看出,和我刚才分析的是一样的。

第一步是比较layerstack,不同的layerstack分开。

然后再比较z,最后假设这些都一样,就比较唯一的layer序列号。

但是至今为止,layerStack和z都还只是初始化时的0,所以在创建layer的时候,只是把他根据序列号放进layersSortedByZ而已,其实他的顺序还是没有设置的。

下面我们就要去找找看到底在哪里设置了这些。

大家应该都知道bootanimation吧,就是开机负责绘制闪啊闪的android字样的那个程序。

在里面我找到了这样的代码

  1. // create the native surface
  2. sp<SurfaceControl> control = session()->createSurface(String8("BootAnimation"),
  3. dinfo.w, dinfo.h, PIXEL_FORMAT_RGB_565);
  4.  
  5. SurfaceComposerClient::openGlobalTransaction();
  6. control->setLayer(0x40000000);
  7. SurfaceComposerClient::closeGlobalTransaction();

前面的createSurface我们在前面已经分析完成了。

下面就是setLayer了,这个0x40000000到底是设置了什么那?

我们一步步往下看

  1. status_t SurfaceControl::setLayer(int32_t layer) {
  2. status_t err = validate();
  3. if (err < 0) return err;
  4. const sp<SurfaceComposerClient>& client(mClient);
  5. return client->setLayer(mHandle, layer);
  6. }
  1. status_t SurfaceComposerClient::setLayer(const sp<IBinder>& id, int32_t z) {
  2. return getComposer().setLayer(this, id, z);
  3. }
  1. status_t Composer::setLayer(const sp<SurfaceComposerClient>& client,
  2. const sp<IBinder>& id, int32_t z) {
  3. Mutex::Autolock _l(mLock);
  4. layer_state_t* s = getLayerStateLocked(client, id);
  5. if (!s)
  6. return BAD_INDEX;
  7. s->what |= layer_state_t::eLayerChanged;
  8. s->z = z;
  9. return NO_ERROR;
  10. }

可以看到,这个layer变量最终变成了z,存进了layer_state_t结构体内。

这个结构体是哪来的?在看看getLayerStateLocked

  1. layer_state_t* Composer::getLayerStateLocked(
  2. const sp<SurfaceComposerClient>& client, const sp<IBinder>& id) {
  3.  
  4. ComposerState s;
  5. s.client = client->mClient;
  6. s.state.surface = id;
  7.  
  8. ssize_t index = mComposerStates.indexOf(s);
  9. if (index < 0) {
  10. // we don't have it, add an initialized layer_state to our list
  11. index = mComposerStates.add(s);
  12. }
  13.  
  14. ComposerState* const out = mComposerStates.editArray();
  15. return &(out[index].state);
  16. }

原来是从mComposerStates里找来的啊。

这些代码看上去是在做相关的操作,但是设置还没有具体生效。

下面我们看看SurfaceComposerClient::closeGlobalTransaction()的作用

  1. void SurfaceComposerClient::closeGlobalTransaction(bool synchronous) {
  2. Composer::closeGlobalTransaction(synchronous);
  3. }
  1. void Composer::closeGlobalTransactionImpl(bool synchronous) {
  2. sp<ISurfaceComposer> sm(ComposerService::getComposerService());
  3.  
  4. Vector<ComposerState> transaction;
  5. Vector<DisplayState> displayTransaction;
  6. uint32_t flags = 0;
  7.  
  8. { // scope for the lock
  9. Mutex::Autolock _l(mLock);
  10. mForceSynchronous |= synchronous;
  11. if (!mTransactionNestCount) {
  12. ALOGW("At least one call to closeGlobalTransaction() was not matched by a prior "
  13. "call to openGlobalTransaction().");
  14. } else if (--mTransactionNestCount) {
  15. return;
  16. }
  17.  
  18. transaction = mComposerStates;
  19. mComposerStates.clear();
  20.  
  21. displayTransaction = mDisplayStates;
  22. mDisplayStates.clear();
  23.  
  24. if (mForceSynchronous) {
  25. flags |= ISurfaceComposer::eSynchronous;
  26. }
  27. if (mAnimation) {
  28. flags |= ISurfaceComposer::eAnimation;
  29. }
  30. if (mTransition) {
  31. flags |= ISurfaceComposer::eTransition;
  32. }
  33. if (mOrientationEnd) {
  34. flags |= ISurfaceComposer::eOrientationEnd;
  35. }
  36. mForceSynchronous = false;
  37. mAnimation = false;
  38. }
  39.  
  40. sm->setTransactionState(transaction, displayTransaction, flags);
  41. }

mComposerStates被赋值给transaction,然后通过sm->setTransactionState传递下去。

  1. void SurfaceFlinger::setTransactionState(
  2. const Vector<ComposerState>& state,
  3. const Vector<DisplayState>& displays,
  4. uint32_t flags)
  5. {
  6.     ......
  7. count = state.size();
  8.     for (size_t i=0 ; i<count ; i++) {
  9.         const ComposerState& s(state[i]);
  10.         // Here we need to check that the interface we're given is indeed
  11.         // one of our own. A malicious client could give us a NULL
  12.         // IInterface, or one of its own or even one of our own but a
  13.         // different type. All these situations would cause us to crash.
  14.         //
  15.         // NOTE: it would be better to use RTTI as we could directly check
  16.         // that we have a Client*. however, RTTI is disabled in Android.
  17.         if (s.client != NULL) {
  18.             sp<IBinder> binder = s.client->asBinder();
  19.             if (binder != NULL) {
  20.                 String16 desc(binder->getInterfaceDescriptor());
  21.                 if (desc == ISurfaceComposerClient::descriptor) {
  22.                     sp<Client> client( static_cast<Client *>(s.client.get()) );
  23.                     transactionFlags |= setClientStateLocked(client, s.state);
  24.                 }
  25.             }
  26.         }
  27.     }
  28.     ......
  29. }
  1. uint32_t SurfaceFlinger::setClientStateLocked(
  2. const sp<Client>& client,
  3. const layer_state_t& s)
  4. {
  5. uint32_t flags = 0;
  6. sp<Layer> layer(client->getLayerUser(s.surface));
  7. if (layer != 0) {
  8. const uint32_t what = s.what;
  9. if (what & layer_state_t::ePositionChanged) {
  10. if (layer->setPosition(s.x, s.y))
  11. flags |= eTraversalNeeded;
  12. }
  13. if (what & layer_state_t::eLayerChanged) {
  14. // NOTE: index needs to be calculated before we update the state
  15. ssize_t idx = mCurrentState.layersSortedByZ.indexOf(layer);
  16. if (layer->setLayer(s.z)) {
  17. mCurrentState.layersSortedByZ.removeAt(idx);
  18. mCurrentState.layersSortedByZ.add(layer);
  19. // we need traversal (state changed)
  20. // AND transaction (list changed)
  21. flags |= eTransactionNeeded|eTraversalNeeded;
  22. }
  23. }
  24. ......
  25. }
  26. }
  1. bool Layer::setLayer(uint32_t z) {
  2. if (mCurrentState.z == z)
  3. return false;
  4. mCurrentState.sequence++;
  5. mCurrentState.z = z;
  6. setTransactionFlags(eTransactionNeeded);
  7. return true;
  8. }

可以看到,只要设置的z值和之前的不同,setLayer就会返回true。

然后mCurrentState.layersSortedByZ.removeAt和mCurrentState.layersSortedByZ.add就会被执行。

至此,layer的真正z-order就确定好了。

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