Android 12(S) 圖像顯示系統 – 基礎知識之 BitTube
- 2022 年 4 月 18 日
- 筆記
- Android 圖形圖像, Android圖形圖像
必讀：
Android 12(S) 圖像顯示系統 – 開篇
一、基本概念
在Android顯示子系統中，我們會看到有使用BitTube來進行跨進程數據傳遞。BitTube的實現很簡潔，就是一對「parcel-able」模式的socket，用Linux/Unix中的專業術語就是socketpair。socketpair是Linux/Unix系統中用於進程間通信的一種機制，和pipe十分類似。
socketpair利用socket為雙方建立了全雙工的通信管道(communication pipe)。通過文件描述符的復用(dup/dup2)，可以傳遞socket handle到另一個進程，復用它並開啟通信。
BitTube使用了Linux/Unix socket中的順序數據包(sequenced packets，SOCK_SEQPACKET)，像SOCK_DGRAM，它只傳送整包數據；又像SOCK_STREAM，面向連接且提供有序的數據報傳送。
儘管socketpair是一個全雙工的管道，但BitTube是按照單向方式使用它的：一端寫入數據，另一端讀出數據。收、發緩存默認限制為4KB大小。在BitTube中，提供了收發序列化對象的方法(sendObjects, recvObjects)。
二、源碼解讀
BitTube代碼量很少,在(frameworks\native\libs\gui\BitTube.cpp)中,我們直接看它的幾個重要的接口。
2.1 構造函數
[/frameworks/native/libs/gui/include/private/gui/BitTube.h]
BitTube() = default; // 默認構造函數，未初始化
explicit BitTube(size_t bufsize); // 創建指定發送、接收緩存大小的BitTube對象，creates a BitTube with a a specified send and receive buffer size
explicit BitTube(DefaultSizeType); // 默認緩存大小4KB，creates a BitTube with a default (4KB) send buffer
explicit BitTube(const Parcel& data); // 從Parcel中解析創建對象，用於跨進程傳遞該對象BitTube提供了四個構造函數，用於不同的場景
[/frameworks/native/libs/gui/BitTube.cpp]
BitTube::BitTube(size_t bufsize) {
init(bufsize, bufsize); // 根據指定的buffer size,進行初始化
}
BitTube::BitTube(DefaultSizeType) : BitTube(DEFAULT_SOCKET_BUFFER_SIZE) {}
BitTube::BitTube(const Parcel& data) {
readFromParcel(&data);
}構造函數中最主要的還是調用了init方法進行初始化。
2.2 init初始化
init方法中就是去創建/配置sockect pair
[/frameworks/native/libs/gui/BitTube.cpp]
void BitTube::init(size_t rcvbuf, size_t sndbuf) {
int sockets[2];
if (socketpair(AF_UNIX, SOCK_SEQPACKET, 0, sockets) == 0) { // 創建socket pair
size_t size = DEFAULT_SOCKET_BUFFER_SIZE;
setsockopt(sockets[0], SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &rcvbuf, sizeof(rcvbuf)); // //對socketfd進行配置
setsockopt(sockets[1], SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, &sndbuf, sizeof(sndbuf));
// since we don't use the "return channel", we keep it small...
setsockopt(sockets[0], SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, &size, sizeof(size));
setsockopt(sockets[1], SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &size, sizeof(size));
fcntl(sockets[0], F_SETFL, O_NONBLOCK); //設置為非阻塞
fcntl(sockets[1], F_SETFL, O_NONBLOCK); //設置為非阻塞
mReceiveFd.reset(sockets[0]); //用於數據接收的socket handle
mSendFd.reset(sockets[1]); //用於數據發送的socket handle
} else {
mReceiveFd.reset();
ALOGE("BitTube: pipe creation failed (%s)", strerror(errno));
}
}成員變量mReceiveFd,看起來是一個接收端,實際上這個fd也可以用來發送，同樣mSendFd也可以用來接收，只是BitTube是按照單向方式使用它的：一端寫入數據，另一端讀出數據。
2.3 sendObjects 發送數據
先看其定義，sendObject實現為一個模板函數,sendObjects里調用的是write成員函數,write中調用send接口將數據寫入mSendFd中。
[/frameworks/native/libs/gui/include/private/gui/BitTube.h]
// send objects (sized blobs). All objects are guaranteed to be written or the call fails.
template <typename T>
static ssize_t sendObjects(BitTube* tube, T const* events, size_t count) {
return sendObjects(tube, events, count, sizeof(T));
}發送成功則返回：發送的對象的個數
發送失敗則返回：負數
[ /frameworks/native/libs/gui/BitTube.cpp]
ssize_t BitTube::sendObjects(BitTube* tube, void const* events, size_t count, size_t objSize) {
const char* vaddr = reinterpret_cast<const char*>(events);
ssize_t size = tube->write(vaddr, count * objSize);
...
return size < 0 ? size : size / static_cast<ssize_t>(objSize);
}
ssize_t BitTube::write(void const* vaddr, size_t size) {
ssize_t err, len;
do {
len = ::send(mSendFd, vaddr, size, MSG_DONTWAIT | MSG_NOSIGNAL); // 通過mSendFd，發送數據
// cannot return less than size, since we're using SOCK_SEQPACKET
err = len < 0 ? errno : 0;
} while (err == EINTR);
return err == 0 ? len : -err;
}
2.4 recvObjects 接收數據
先看其定義，recvObject實現為一個模板函數,recvObjects里調用的是read成員函數,read中調用rev接口將數據從mReceiveFd中讀出。
接收成功則返回：接收的對象的個數
接收失敗則返回：負數
[ /frameworks/native/libs/gui/include/private/gui/BitTube.h]
template <typename T>
static ssize_t recvObjects(BitTube* tube, T* events, size_t count) {
return recvObjects(tube, events, count, sizeof(T));
}
[/frameworks/native/libs/gui/BitTube.cpp]
ssize_t BitTube::recvObjects(BitTube* tube, void* events, size_t count, size_t objSize) {
char* vaddr = reinterpret_cast<char*>(events);
ssize_t size = tube->read(vaddr, count * objSize);
...
return size < 0 ? size : size / static_cast<ssize_t>(objSize);
}
ssize_t BitTube::read(void* vaddr, size_t size) {
ssize_t err, len;
do {
len = ::recv(mReceiveFd, vaddr, size, MSG_DONTWAIT);
err = len < 0 ? errno : 0;
} while (err == EINTR);
if (err == EAGAIN || err == EWOULDBLOCK) {
// EAGAIN means that we have non-blocking I/O but there was no data to be read. Nothing the
// client should care about.
return 0;
}
return err == 0 ? len : -err;
}
2.5 writeToParcel & readFromParcel
writeToParcel & readFromParcel用於跨進程傳遞BitTube對象，進行序列化和反序列化，主要是傳遞mReceivedFd 和 mSendFd。
status_t BitTube::writeToParcel(Parcel* reply) const {
if (mReceiveFd < 0) return -EINVAL;
status_t result = reply->writeDupFileDescriptor(mReceiveFd); // mReceiveFd寫入Parcel
mReceiveFd.reset();
if (result != NO_ERROR) {
return result;
}
result = reply->writeDupFileDescriptor(mSendFd);// mSendFd寫入Parcel
mSendFd.reset();
return result;
}
status_t BitTube::readFromParcel(const Parcel* parcel) {
mReceiveFd.reset(dup(parcel->readFileDescriptor())); // 獲取 mReceiveFd
if (mReceiveFd < 0) {
mReceiveFd.reset();
int error = errno;
ALOGE("BitTube::readFromParcel: can't dup file descriptor (%s)", strerror(error));
return -error;
}
mSendFd.reset(dup(parcel->readFileDescriptor())); // 獲取 mSendFd
if (mSendFd < 0) {
mSendFd.reset();
int error = errno;
ALOGE("BitTube::readFromParcel: can't dup file descriptor (%s)", strerror(error));
return -error;
}
return NO_ERROR;
}
三、使用
關於如何使用BitTube實現跨進程的數據通信，提供一個簡單的測試Demo:
//github.com/yrzroger/BitTubeTest
在測試demo中，創建了一個BitTube對象，這樣就建立了通信的 socketpair。
然後使用fork系統調用創建新的進程，來模擬跨進的通信中的不同進程(一個父進程，一個子進程)
父進程和子進程就可以使用BitTube對象的sendObjects方法發送數據，或使用recvObjects方法接收數據
Demo的主要代碼如下：
struct Event {
int id;
int message;
};
int main()
{
gui::BitTube* dataChannel = new gui::BitTube(gui::BitTube::DefaultSize);
printf("\033[0mBitTube info: mReceiveFd=%d, mSendFd=%d\n", dataChannel->getFd(), dataChannel->getSendFd());
if(fork()) {
// 父進程發送數據
Event events[] = { {0, 888}, {1, 999} };
ssize_t size = gui::BitTube::sendObjects(dataChannel, events, 2);
if(size < 0)
printf("\033[32mprocess(%d) send failed, in parent process", getpid());
else
printf("\033[32mprocess(%d) send success, object size = %d\n", getpid(), size);
sleep(1);
// 父進程接收數據
size = gui::BitTube::recvObjects(dataChannel, events, 2);
if(size < 0) {
printf("\033[32mprocess(%d) receive failed, in child process", getpid());
}
else {
printf("\033[32mprocess(%d) receive success, object size = %d\n", getpid(), size);
for(int i = 0; i < size; ++i) {
printf("\033[32mprocess(%d): id=%d, message=%d\n", getpid(), events[i].id, events[i].message);
}
}
sleep(1);
} else {
// 子進程接收數據
Event events[2];
ssize_t size = gui::BitTube::recvObjects(dataChannel, events, 2);
if(size < 0) {
printf("\033[31mprocess(%d) receive failed, in child process", getpid());
}
else {
printf("\033[31mprocess(%d) receive success, object size = %d\n", getpid(), size);
for(int i = 0; i < size; ++i) {
printf("\033[31mprocess(%d): id=%d, message=%d\n", getpid(), events[i].id, events[i].message);
}
}
// 子進程發送數據
events[0].message+=1; events[1].message+=1;
size = gui::BitTube::sendObjects(dataChannel, events, 2);
if(size < 0)
printf("\033[31mprocess(%d) send failed, in parent process", getpid());
else
printf("\033[31mprocess(%d) send success, object size = %d\n", getpid(), size);
sleep(2);
}
delete dataChannel;
return 0;
}
放到Android源碼下，執行mm，編譯得到可執行檔BitTubeTest，push到測試板/system/bin/目錄下 執行BitTubeTest可以查看打印的結果：
綠色字體是父進程的打印(PID=12374)，紅色字體是子進程的答應(PID=12375)
在Android圖像顯示子系統中， /frameworks/native/libs/gui/DisplayEventReceiver.cpp 及 /frameworks/native/services/surfaceflinger/Scheduler/EventThread.cpp 中可以看到使用BitTube的身影。
BitTube用於建立跨進程傳遞數據的通道，主要是display evnets， 比如hotplug events , vsync events等等
至於具體的使用過程，在接下來的文章中我們會再詳細介紹，，本篇就僅先講解必要的基礎知識。
