Android性能：SurfaceFlinger与BufferQueue（3）

本文主要是介绍Android性能：SurfaceFlinger与BufferQueue（3），希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

Android性能：SurfaceFlinger与BufferQueue（3）

Android显示系统的组成可以概括为两大部分：绘制(DrawFrame)+合成（SurfaceFlinger + HWC）
绘制：Surface中空的 GraphicBuffer->CPU或者GPU通过Canvas->将数据Draw到Surface。
合成：几块有数据的Buffer->叠合成一张Buffer->显示。
BufferQueue：android系统中每一张显示的图片都是GraphicBuffer，通过BufferQueue在不同进程间流动。SurfaceFlinger是Android渲染核心进程，应用的渲染最终都会来到SurfaceFlinger进行处理，最终会把处理后的图像数据交给CPU或者GPU进行绘制。
VYSNC：控制系统绘制与合成的节奏，按什么样的间隔出帧，也就是帧率。
● VSYNC-app 是app控制绘制帧率，Choregrapher，响应VSYNC-app。
● VSYNC-sf 是SurfaceFlinger控制合成过程的帧率的
● VSYNC-app/sf 通常这两者之间不会同时开始，会有一些offset。

BufferTx

DrawFrame里queueBuffer以后BufferTx会增加，SF起来响应拿走Buffer合成时会减少； BufferTx内有可用Buffer，SF才会真正去合成。
SF主进程结束点附近有数字对应到waiting for presentFence
● presentFence: 结束点代表SF送来的这一帧被显示到了屏幕上，并signal前一帧的Fence。
● OverlayEngine: HWC的主要进程，Trigger display driver做显示动作。

VSYNC和Fence相辅相成，
VSYNC：表示什么时间开始做事（绘制/合成）
Fence: 表示什么时间事情做完了（屏幕显示）

BufferQueue 作为共享资源，连接 Surface 和 SurfaceFlinger。其中，Surface 是资源生产者，SurfaceFlinger 是资源消费者。
BufferQueue 有四个核心操作：
dequeueBuffer：向 BufferQueue 申请一块空闲缓冲区（主流最大缓冲区数量为 64 个，之前为 32 个，通常设置为 2 个或者 3 个，即黄油计划中的双缓冲和三缓冲机制），发起方为生产者（Surface）。之前已经申请过的缓冲区可以被复用，如果不符合要求（比如还没有申请过，缓冲区参数不匹配等）则需要重新申请新的缓冲区。
queueBuffer：向 BufferQueue 插入一块填充了有效数据的缓冲区，发起方为生产者（Surface）。
acquireBuffer：从 BufferQueue 摘取一块填充了有效数据的缓冲区用于合成或显示消费，发起方为消费者（SurfaceFlinger）。
releaseBuffer：将消费完毕的缓冲区释放，并送回 BufferQueue，发起方为消费者。（SurfaceFlinger）。
缓冲队列中的每一块缓冲区也有四个核心状态：
FREE：初始状态，或者已被消费者 release，持有者为 BufferQueue，只能用于 dequeue 操作，可被 Surface 访问。
DEQUEUED：表示该块缓冲区已被生产者 dequeue，持有者为 Surface，只能用于 queue 操作，可被 Surface 访问。
QUEUED：表示该块缓冲区已经被生产者 queue，持有者为 BufferQueue，只能用于 acquire 操作，可被 SurfaceFlinger 访问。
ACQUIRED：表示该块缓冲区已经被消费者 aquire，持有者为 SurfaceFlinger，只能用于 release 操作，可被 SurfaceFlinger 访问。
生产者（Surface）、BufferQueue、消费者（SurfaceFlinger）三者之间的通信过程和缓冲区状态迁移：

层次图：

交互结构：

HWComposer是 SurfaceFlinger 用于与 HWC HAL 进行交互的代理。

SurfaceFlinger 合成的流程：
1 HWC 触发 vsync 信号：vsync 信号将以回调的方式通知 SurfaceFlinger，SurfaceFlinger 收到 vsync 回调后开始执行下一帧的合成。
2 SurfaceFlinger 更新图层：SurfaceFlinger 遍历各个有效图层，从其对应的 BufferQueue 中获取最新的单元窗口绘制数据，以对图层进行更新。这一步的 BufferQueue 中的缓冲区来自于预分配内存。
3 HWC ：SurfaceFlinger 更新并准备好所有图层后，将图层参数告知 HWC HAL，HWC HAL 决定哪些图层可以执行 Device合成。
4 SurfaceFlinger 执行 Client合成：如果有 HWC 不能处理的图层，SurfaceFlinger 统一将它们交给 OpenGL 执行合成，其合成的数据作为一个普通合成窗口也插入到其对应的 BufferQueue 中，同时 SurfaceFlinger 还充当该 BufferQueue 的消费者将普通合成窗口取出并作为一个新的合成图层与其它普通图层一起准备交与 HWC 进行 Device合成。这一步 BufferQueue 中的缓冲区来自于 framebuffer，也就是说 Client合成数据已经直接 post 到 framebuffer 中。
5 HWC 执行 Device合成：HWC 将其余的图层连同 Client合成图层一起进行 Device合成。
6 HWC 将合成的帧 post 到 framebuffer 显示：要将帧显示出来，最终还是要将其 post 到 framebuffer 的 frontbuffer 中，这样显示控制器（display controller）才能从 framebuffer 中读取帧数据进行扫描/最终显示。

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