App的启动过程（7）BufferQueue的申请分配

àì夳堔傛蜴生んèń 2022-06-15 11:24 540阅读 0赞

接下来看下BufferQueue的申请分配，就是经典的生产者\-消费者模型。

1）BufferQueueCore

可以认为BufferQueueCore是一个服务中心，生产者、消费者都要通过它来管理buffer。里面有一个重要的成员数组：BufferQueueDefs::SlotsType mSlots;这个BufferSlot中有一个成员变量：sp<GraphicBuffer>mGraphicBuffer;记录这个slot所涉及的缓冲区；另一个变量BufferState mBufferState;用于跟踪这个缓冲区的状态。缓冲区的状态有以下几种：

FREE：buffer当前可用，可以被生产者dequeued，此时owner是BufferQueueCore，当dequeuebuffer调用时，状态可以转为dequeued。

DEQUEUED：buffer已经被dequeued，还没被queue或canceld，此时owner是producer。

QUEUED：buffer已经被生产者填充，并被queued，此时的owner是bufferQueueCore。

ACQUIRED：buffer已经被消费者获得，此时的owner是consumer。

SHARED：可以认为是除FREE外的其他状态的联合体，可以被多次dequeued，queued，acquired

一块buffer的生命周期依次是：FREEà DEQUEUEDà QUEUEDà ACQUIREDà FREE。

2）BufferQueueProducer

生产者就是填充buffer数据的人，通常是应用程序不断刷新UI，将数据写到buffer中。档producer需要一块buffer时，会先向BufferQuueuCore发起dequeue申请，然后对申请到的buffer操作，档数据写完后，调用queue接口，把buffer归还到bufferqueue的队列中。

3）BufferQueueConsumer

当一块buffer就绪后，消费者就开始工作了，consumer对buffer的处理是被动的，它必须要等到一块buffer填充好才能工作，那consumer怎么知道一块buffer已经填充好了？这里提供了另外一个类ConsumerListener，

class ConsumerListener : public virtualRefBase \{

//两个纯虚函数，当一块buffer可以被消费时，onFrameAvailable会被调用，当BufferQueue通知consumer它已经释放其mSlot中的一个或多个GraphicBuffer的引用时，会调用onBuffersReleased。

virtualvoid onFrameAvailable(const BufferItem& item) = 0;

virtualvoid onBuffersReleased() = 0;

什么时候注册的这个ConsumerListener监听呢？这样看具体的使用consumer的代码场景。下面以SurfaceFlinger为例，它是由framebufferSurface间接操作buffer的consumer对象，

void SurfaceFlinger::init() @SurfaceFlinger\_hwc1.cpp\{

//这里通过BufferQueue::createBufferQueue，创建了BufferQueueCore实例，BufferQueueProducer实例，BufferQueueConsumer实例，并且BufferQueueCore作为后两者的参数，这样producer、consumer就跟服务中心建立了联系。

sp<IGraphicBufferConsumer>consumer;

BufferQueue::createBufferQueue(&producer,&consumer, new GraphicBufferAlloc());

//接着把consumer作为参数，创建FramebufferSurface实例

sp<FramebufferSurface>fbs = new FramebufferSurface(\*mHwc, i, consumer);

看继承关系：FramebufferSurface继承了ConsumerBase

class FramebufferSurface : publicConsumerBase,…

所以在调用FramebufferSurface的构造函数时，也会调用父类ConsumerBase的构造函数，并且把consumer作为参数也传给了父类ConsumerBase，

FramebufferSurface::FramebufferSurface(HWComposer&hwc, int disp,

constsp<IGraphicBufferConsumer>& consumer) :

ConsumerBase(consumer),…

那么接着看ConsumerBase(consumer)的处理：

/\* ConsumerBase.cpp \*/

ConsumerBase::ConsumerBase(constsp<IGraphicBufferConsumer>& bufferQueue,

boolcontrolledByApp) :

mConsumer(bufferQueue)\{

//创建消费者监听类对象

wp<ConsumerListener>listener = static\_cast<ConsumerListener\*>(this);

sp<IConsumerListener>proxy = new BufferQueue::ProxyConsumerListener(listener);

//connect连接，经过层层调用，把listener监听注册到bufferQueuecore中，

这样bufferQueuecore就可以利用这个监听通知到具体的消费者

status\_t err =mConsumer->consumerConnect(proxy, controlledByApp);

([consumerConnect@IGraphicBufferConsumer.cpp][consumerConnect_IGraphicBufferConsumer.cpp]à

[consumerConnect@BufferQueueConsumer.h][consumerConnect_BufferQueueConsumer.h]à

BufferQueueConsumer::connect@BufferQueueConsumer.cppà

mCore->mConsumerListener =consumerListener;//这里把consumerListener注册到服务者类bufferQueuecore中)

这样就清楚了buffer的生产者，消费者，管理者之间的关系。

接着真正开始看下bufferqueuecore中缓冲区的分配：

前面看到，bufferqueuecore中mSlots数组管理缓冲区，最大容量是64，这个mSlots一开始静态分配了64个bufferslot大小的空间，但是其中的数据缓冲区不是一次性分配的，不然就太浪费空间了，所以缓冲区的空间分配是动态的，具体就是producer在dequeuebuffer时，如果没有获取到可用的缓冲区，那就要重新分配空间了。

还接着前面分析的Surface，这个应用程序段的本地窗口要要向上层提供绘制图像的画板，即GraphicBuffer，那么它是怎么申请buffer的？这个过程很多的跨进程通信，

Surface::dequeueBuffer@Surface.cpp\{

//调用IGraphicBufferProducer.cpp的dequeueBuffer方法，这个类是Binder的客户端，对应服务端的实现是BufferQueueProducer.cpp，

status\_tresult = mGraphicBufferProducer->dequeueBuffer(

&buf,&fence,reqWidth, reqHeight, reqFormat, reqUsage);

// BUFFER\_NEEDS\_REALLOCATION这个标记是native层传上来的，如果buffer需要重新分配空间，要调用requestBuffer，获取新buffer的地址，

if((result & IGraphicBufferProducer::BUFFER\_NEEDS\_REALLOCATION) || gbuf == 0)\{

result = mGraphicBufferProducer->requestBuffer(buf,&gbuf);\}

详细看下dequeuebuffer的调用流程：

virtual status\_t dequeueBuffer()@IGraphicBufferProducer.cpp\{

//把请求传到服务端

status\_tresult = remote()->transact(DEQUEUE\_BUFFER, data, &reply);

status\_t BnGraphicBufferProducer::onTransact()@IGraphicBufferProducer.cpp\{

caseDEQUEUE\_BUFFER: \{

//转到服务端实现类中的dequeueBuffer

int result = dequeueBuffer(&buf,&fence, width, height, format, \}

从继承关系可以看出BufferQueueProducer是IGraphicBufferProducer对应的server段：

class BufferQueueProducer : publicBnGraphicBufferProducer,…

这个函数很长，核心是查找一个符合要求的slot，对这个bufferslot做初始化，根据判断结果决定是否要重新分配空间

status\_tBufferQueueProducer::dequeueBuffer( )@BufferQueueProducer.cpp\{

//这个函数是获取一个slot，具体是getFreeBufferLocked或者getFreeSlotLocked，返回这个bufferslot在mSlots数组中的序号

BufferQueueProducer::waitForFreeSlotThenRelock()\{

int slot = getFreeBufferLocked();

\*found = getFreeSlotLocked(); \}

//判断这个GraphicBuffer是否需要重新分配空间，判断条件就是buffer为空，因为它初始值是null，第一次使用它需要分配空间，如果不为null，但是buffer的width、height、format、usage属性跟要求的不一致，也要重新分配。

constsp<GraphicBuffer>& buffer(mSlots\[found\].mGraphicBuffer);

if((buffer == NULL) || buffer->needsReallocation(width, height, format,usage))\{

//除了对bufferslot对象初始化之外，还要设置BUFFER\_NEEDS\_REALLOCATION这个标记，客户端surface在发现这个flag后，会调用requestBuffer获取新buffer的地址，这里客户端和buffer管理所处的服务端是分在两个进程的，这个buffer地址实际是匿名共享内存地址，这也是binder通信中的原理。

mSlots\[found\].mAcquireCalled= false;

mSlots\[found\].mGraphicBuffer= NULL;

mSlots\[found\].mRequestBufferCalled= false; …

returnFlags|= BUFFER\_NEEDS\_REALLOCATION;

//需要重新分配，调用BufferQueueCore中的GraphicBufferAlloc中函数createGraphicBuffer，生成一个newGraphicBuffer(width, height, format, usage, std::move(requestorName)));实例。

if(returnFlags & BUFFER\_NEEDS\_REALLOCATION) \{

sp<GraphicBuffer>graphicBuffer(mCore->mAllocator->createGraphicBuffer(

width,height, format, usage,

\{mConsumerName.string(), mConsumerName.size()\}, &error));

到这里，客户端surface就完成了对buffer的申请。

前面分析performDraw，DrawSoftware时，在应用程序绘图结束，会将buffer解锁，会调用surface.unlockCanvasAndPost(canvas);提交给系统进行渲染，这个函数最终调用到surface.cpp中的函数：unlockAndPost

status\_t Surface::unlockAndPost()@Surface.cpp\{

//主要想看把这个buffer入队时，怎么样通知consumer来消费这个buffer的。

err= queueBuffer(mLockedBuffer.get(), fd); à

//接着调用到IGraphicBufferProducer中的queueBuffer方法，这里是通过binder实现的跨进程通信，IGraphicBufferProducer对应服务端的实现是BufferQueueProducer.cpp

status\_terr = mGraphicBufferProducer->queueBuffer(i, input, &output);

status\_t BufferQueueProducer::queueBuffer()@BufferQueueProducer.cpp\{

//这里定义一个IConsumerListener，后面会执行具体的监听实例

sp<IConsumerListener>frameAvailableListener;

//把通过BufferQueueCore注册的IConsumerListener类的监听赋给frameAvailableListener

frameAvailableListener= mCore->mConsumerListener;

//调用onFrameAvailable通知消费者有已经渲染好的，可用的buffer，

frameAvailableListener->onFrameAvailable(item);

会监听FrameAvailable的有FramebufferSurface，还有layer.cpp。

void FramebufferSurface::onFrameAvailable()@FramebufferSurface.cpp\{

//获取可用buffer

sp<GraphicBuffer>buf;

sp<Fence>acquireFence;

status\_terr = nextBuffer(buf, acquireFence);

//在nextbuffer时，会调用acquireBuffer把这个buffer的状态置为acquire

status\_terr = acquireBufferLocked(&item, 0);

//把这个buffer送到framebuffer中，也就是fb设备中，准备合成，送到屏幕显示

err= mHwc.fbPost(mDisplayType, acquireFence, buf);

以surfaceflinger这个consumer为例，SurfaceFlingerConsumer继承了FrameAvailableListener，而layer继承了SurfaceFlingerConsumer。

void Layer::onFrameAvailable(constBufferItem& item) \{

总结下surface，surfaceflinger，bufferQueue，应用程序之间的联系。

一个应用程序是可以创建多个layer的，一个layer对应一个BufferQueue，一个BufferQueue中有多个GraphicBuffer，就是那个mSlots数组；可以认为surface在服务端对应的就是layer，一个客户端程序拥有的surface数量可能不止一个，通常一个activity下的UI布局共用一个surface进行绘图，一个activity对应一个viewtree，一个viewrootimpl，还记得app申请一个surface的起点就是viewrootimple的setview方法，一个app是可以有多个activity的。还有像surfaceview这类UI控件是独占一个surface进行绘制的，比如图库，camera，视频播放器都有surfaceview这类控件，所以他们的surface应该不止一个。

1）、ISurfaceComposerClient这个类是应用程序跟surfaceflinger间的通道，具体被封装在SurfaceComposerClient类中，通过surfaceflinger的createConnection方法获取，对应服务端的实现是Client.cpp

2）、IGraphicBufferProducer.cpp，这个类实例有应用程序创建Surface时得到，对于纯C++的应用程序来说，是通过sp<SurfaceControl>SurfaceComposerClient::createSurface()这个函数，这个调用走到surfaceflinger，还会创建一个layer，这个layer类似于windowmanagerservice中的windowState这个窗口，都是代表一个画面，同时会有一个控制这个layer的handle保存在应用端的surfacecontrol中；那么对于java层的应用程序，它的窗口或者说layer的层级是由wms中的windowlist来表示的，

3）、Surface、从逻辑看，他是上面说的layer的使用者。从继承关系看，他是一个本地窗口，内部有IGraphicBufferProducer，当EGL想利用这个本地窗口surface完成一个功能时，surface实际上利用handle和IGraphicBufferProducer来获取远程服务端的服务，完成egl的请求。

值得一提的是c++层的应用程序创建surface是通过SurfaceComposerClient这个实例的方法来实现的；而java层的应用程序是通过SurfaceControl.cpp中的getSurface()返回了一个surface实例，并没有跟SurfaceComposerClient产生联系，所以真正跟Surfaceflinger间有联系的就是surface中的IGraphicBufferProducer，也就是它与BufferQueue有联系。

[consumerConnect_IGraphicBufferConsumer.cpp]: mailto:consumerConnect@IGraphicBufferConsumer.cpp
[consumerConnect_BufferQueueConsumer.h]: mailto:consumerConnect@BufferQueueConsumer.h