Android 12(S) 图形显示系统 - 应用建立和SurfaceFlinger的沟通桥梁（三）

1 前言

上一篇文章中我们已经创建了一个Native示例应用，从使用者的角度了解了图形显示系统API的基本使用，从这篇文章开始我们将基于这个示例应用深入图形显示系统API的内部实现逻辑，分析运作流程。

本篇将聚焦应用和SurfaceFlinger的活动，即应用是如何与SurfaceFlinger这个服务建立连接并进行通信的。让我们开始吧！

注：本篇涉及的代码位置：

/frameworks/native/libs/gui/

/frameworks/native/libs/gui/include/gui/

/frameworks/native/libs/gui/include/private/gui/

/frameworks/native/services/surfaceflinger/

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2 应用和SurfaceFlinger的通信

应用运行一开始便首先要去创建一个Native Surface，此时即开始了与SurfaceFlinger的互动，分步来看创建Surface的过程：

• SurfaceFlinger系统服务的Binder RPC架构

在分析详细的代码前，我想先展示一下 SurfaceFlinger系统服务的Binder RPC架构，其中涉及哪些类？哪些接口？它们之间的关系如何？在宏观上去对这些对象的关系做了解，有助于我们理解具体的代码分析。

先看一张基本的类图：

SurfaceFlinger作为典型的Binder系统服务，遵循Binder服务设计的一般原则:

Interface接口：ISurfaceComposer 、ISurfaceComposerClient

Bp客户端：BpSurfaceComposer、BpSurfaceComposerClient

Bn服务端：BnSurfaceComposer、BnSurfaceComposerClient

服务实现：SurfaceFlinger、Client

具体Binder的原理在此就不展开讲了，相信你在网络上可以搜索到很多优秀的讲解文章。

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这里请先留意两点：

1. ComposerService中有成员mComposerService，它代表了SurfaceFlinger服务的代理客户端；
2. SurfaceComposerClient中有成员mClient，它代表了SurfaceFlinger服务进程中的Client的代理客户端（这里应该是涉及所谓的匿名Binder的概念）

推荐两篇博文：https://blog.csdn.net/lewif/article/details/50696510

https://my.oschina.net/u/3897543/blog/4750360

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• 创建SurfaceComposerClient并建立与SurfaceFlinger的连接

应用首先去创建SurfaceComposerClient对象，透过这个对象建立和SurfaceFlinger的连接并进行后续的互动：

sp<SurfaceComposerClient> surfaceComposerClient = new SurfaceComposerClient;
status_t err = surfaceComposerClient->initCheck();
if (err != NO_ERROR) {
    ALOGD("SurfaceComposerClient::initCheck error: %#x\n", err);
    return;
}

SurfaceComposerClient 的定义非常简单，继承RefBase，其中成员mClient持有远程服务的代理客户端，基本操作都是以它作为桥梁传递到SurfaceFlinger的，如下：

// /frameworks/native/libs/gui/include/gui/SurfaceComposerClient.h
class SurfaceComposerClient : public RefBase
{
public:
                SurfaceComposerClient();
                SurfaceComposerClient(const sp<ISurfaceComposerClient>& client);
    virtual     ~SurfaceComposerClient();
    ......
private:
                sp<ISurfaceComposerClient>  mClient;
}

SurfaceComposerClient 的构造函数也十分简单，进行mStatus的初始化，其中mClient也可以外部传递进来初始值，或在onFirstRef的时候进行设置：

// /frameworks/native/libs/gui/SurfaceComposerClient.cpp
SurfaceComposerClient::SurfaceComposerClient()
    : mStatus(NO_INIT)
{
}

SurfaceComposerClient::SurfaceComposerClient(const sp<ISurfaceComposerClient>& client)
    : mStatus(NO_ERROR), mClient(client)
{
}

对象第一次引用onFirstRef的时候，才真正的去建立和SurfaceFlinger的连接：

// /frameworks/native/libs/gui/SurfaceComposerClient.cpp
void SurfaceComposerClient::onFirstRef() {
    sp<ISurfaceComposer> sf(ComposerService::getComposerService());
    if (sf != nullptr && mStatus == NO_INIT) {
        sp<ISurfaceComposerClient> conn;
        conn = sf->createConnection();
        if (conn != nullptr) {
            mClient = conn;
            mStatus = NO_ERROR;
        }
    }
}

先看一下ComposerService的定义，这是一个Singleton，它持有SurfaceFlinger服务的代理客户端：sp<ISurfaceComposer> mComposerService

// /frameworks/native/libs/gui/include/private/gui/ComposerService.h
// This holds our connection to the composer service (i.e. SurfaceFlinger).

class ComposerService : public Singleton<ComposerService>
{
    sp<ISurfaceComposer> mComposerService;  // composer service的代理端
    sp<IBinder::DeathRecipient> mDeathObserver;
    Mutex mLock;

    ComposerService();
    bool connectLocked();
    void composerServiceDied();
    friend class Singleton<ComposerService>;
public:
    // Get a connection to the Composer Service.  This will block until
    // a connection is established. Returns null if permission is denied.
    static sp<ISurfaceComposer> getComposerService();
};

ComposerService在构建时，调用connectLocked获取SurfaceFlinger（composer service）服务的代理客户端：

//  /frameworks/native/libs/gui/SurfaceComposerClient.cpp

// ComposerService的构造函数，调用到connectLocked去创建和SurfaceFlinger的连接
ComposerService::ComposerService()
: Singleton<ComposerService>() {
    Mutex::Autolock _l(mLock);
    connectLocked();
}

bool ComposerService::connectLocked() {
    const String16 name("SurfaceFlinger");
    mComposerService = waitForService<ISurfaceComposer>(name); // 通过ServiceManager去获取SurfaceFlinger这个系统服务
    if (mComposerService == nullptr) {
        return false; // fatal error or permission problem
    }

    // Create the death listener.
    class DeathObserver : public IBinder::DeathRecipient {
        ComposerService& mComposerService;
        virtual void binderDied(const wp<IBinder>& who) {
            ALOGW("ComposerService remote (surfaceflinger) died [%p]",
                  who.unsafe_get());
            mComposerService.composerServiceDied();
        }
     public:
        explicit DeathObserver(ComposerService& mgr) : mComposerService(mgr) { }
    };

    mDeathObserver = new DeathObserver(*const_cast<ComposerService*>(this));
    IInterface::asBinder(mComposerService)->linkToDeath(mDeathObserver);
    return true;
}

上面connectLocked方法可以看到调用waitForService去向ServiceManager请求名称为SurfaceFlinger的系统服务，成功后就取得了SurfaceFlinger这个系统服务的远程代理客户端，之后就可以透过这个代理跨进程与SurfaceFlinger进行互动了。

DeathObserver是一个监听器，用于监听远程服务的状态，当远程服务异常退出Died，触发该监听器，进而呼叫到mComposerService.composerServiceDied()做一些清理保护

void ComposerService::composerServiceDied()
{
    Mutex::Autolock _l(mLock);
    mComposerService = nullptr;
    mDeathObserver = nullptr;
}

再回到SurfaceComposerClient::onFirstRef方法中，透过ComposerService::getComposerService()获取到SurfaceFlinger服务的代理客户端后，接下来就是去初始化mClient了

// /frameworks/native/libs/gui/SurfaceComposerClient.cpp

sp<ISurfaceComposerClient> conn;
conn = sf->createConnection();
if (conn != nullptr) {
	mClient = conn;
	mStatus = NO_ERROR;
}

进而调用到了

// /frameworks/native/libs/gui/include/gui/ISurfaceComposer.h

/*
 * Create a connection with SurfaceFlinger.
 */
virtual sp<ISurfaceComposerClient> createConnection() = 0;

createConnection是一个典型的Binder C/S架构下的跨进程调用，傻瓜式的理解调用流程：

// 客户端端发送信息
BpSurfaceComposer::createConnection() {
	remote()->transact(BnSurfaceComposer::CREATE_CONNECTION, data, &reply);
    return interface_cast<ISurfaceComposerClient>(reply.readStrongBinder());
}

==>

// 服务端接收到信息
status_t SurfaceFlinger::onTransact(uint32_t code, const Parcel& data, Parcel* reply,
                                    uint32_t flags) {
    status_t credentialCheck = CheckTransactCodeCredentials(code);
    if (credentialCheck != OK) {
        return credentialCheck;
    }

    status_t err = BnSurfaceComposer::onTransact(code, data, reply, flags);

  	....

}

BnSurfaceComposer::onTransact() {
        case CREATE_CONNECTION: {
            CHECK_INTERFACE(ISurfaceComposer, data, reply);
            sp<IBinder> b = IInterface::asBinder(createConnection());
            reply->writeStrongBinder(b);
            return NO_ERROR;
        }
}

==>

// 服务具体实现
sp<ISurfaceComposerClient> SurfaceFlinger::createConnection() {
    const sp<Client> client = new Client(this);
    return client->initCheck() == NO_ERROR ? client : nullptr;
}

SurfaceFlinger::createConnection方法中创建一个Client对象，Client继承自BnSurfaceComposerClient实现ISurfaceComposerClient接口，可以利用Binder机制传递回客户端。而且Client对象中含有SurfaceFlinger成员，这样SurfaceComposerClient::mClient就和SurfaceFlinger建立了连接。

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Tips:

SurfaceFlinger进程中创建的Client对象，透过Binder IPC机制返回到了应用进程中，这里的具体原理感兴趣的可以研究下IInterface::asBinder /  writeStrongBinder / readStrongBinder / interface_cast 这些方法。这里我们就傻瓜式的理解为SurfaceComposerClient::mClient是SurfaceFlinger进程中Client对象的代理客户端，使用SurfaceComposerClient::mClient就可以呼叫到SurfaceFlinger进程中Client对象的方法。

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前面的讲解看起来纷纷扰扰，简单的，抽象的概括就是：

1. 创建SurfaceComposerClient对象；
2. SurfaceComposerClient::onFirstRef方法中透过ComposerService::getComposerService()获取到SurfaceFlinger服务的代理客户端；
3. 调用SurfaceFlinger服务的代理客户端的createConnection方法，进而跨进程调用到SurfaceFlinger::createConnection方法；
4. SurfaceFlinger::createConnection方法中创建一个Client对象，并透过Binder返回给SurfaceComposerClient::mClient;

之后再调用SurfaceComposerClient中的方法时就可以通过mClient这个客户端去呼叫到SurfaceFlinger服务的功能了

结合上面的类图和下面的时序图，大概总结如下

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3 小结

这一篇文章中讲解了应用进程中如何建立和SurfaceFlinger沟通的桥梁，即得到SurfaceFlinger的远程代理客户端，之后就通过这个代理客户端向SurfaceFlinger发送请求或获取信息。

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必读：

Android 12(S) 图形显示系统 - 开篇

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