Android图形缓冲区映射过程源码分析

Android图形缓冲区分配过程源码分析中介绍了图形buffer的分配过程，图形buffer可以从系统帧缓冲区分配也可以从内存中分配，分配一个图形buffer后还需要将该图形缓冲区映射到分配该buffer的进程地址空间来，在Android系统中，图形buffer的管理由SurfaceFlinger服务来负责，在Android SurfaceFlinger服务启动过程源码分析中我们了解到SurfaceFlinger可以以服务进程的方式启动也可以以服务线程的方式在SystemServer进程中启动，如果是以服务进程的方式启动，那么创建的图形缓冲区就将映射到SurfaceFlinger进程地址空间；如果是以服务线程的方式在SystemServer中启动，那么创建的图形缓冲区将映射到SystemServer进程地址空间。在系统帧缓冲区中分配的图形缓冲区是在SurfaceFlinger服务中使用，而在内存中分配的图形缓冲区既可以在SurfaceFlinger服务中使用，也可以在其它的应用程序中使用。当其它的应用程序需要使用图形缓冲区的时候，它们就会请求SurfaceFlinger服务为它们分配并将SurfaceFlinger服务返回来的图形缓冲区映射到应用程序进程地址空间。图形缓冲区的分配过程在Android图形缓冲区分配过程源码分析中已经分析过了，在从内存中分配buffer时，已经将分配的buffer映射到了SurfaceFlinger服务进程地址空间，如果该buffer是应用程序请求SurfaceFlinger服务为它们分配的，那么还需要将SurfaceFlinger服务返回来的图形缓冲区映射到应用程序进程地址空间，本文介绍图形缓冲区映射到应用程序进程地址空间的过程。

Android提供了GraphicBufferMapper工具类，该类为上层访问Gralloc模块中的gralloc_module_t提供了接口，采用单例模式构造GraphicBufferMapper对象。

GraphicBufferMapper::GraphicBufferMapper(): mAllocMod(0)
{
    hw_module_t const* module;
	//根据模块ID得到模块描述符的首地址
    int err = hw_get_module(GRALLOC_HARDWARE_MODULE_ID, &module);
    ALOGE_IF(err, "FATAL: can't find the %s module", GRALLOC_HARDWARE_MODULE_ID);
    if (err == 0) {
		//将hw_module_t的指针转换为gralloc_module_t类型指针
        mAllocMod = (gralloc_module_t const *)module;
    }
}

硬件抽象层模块的加载过程在Android硬件抽象Hardware库加载过程源码分析中有详细的分析，这里根据模块ID加载Gralloc模块，并得到Gralloc模块的HMI符号首地址，并强制转换为gralloc_module_t类型指针。

GraphicBufferMapper提供了访问Gralloc模块的gralloc_module_t接口，GraphicBuffer就是通过其成员变量mBufferMapper来注册buffer的。

GraphicBuffer::unflatten()
-->GraphicBufferMapper::registerBuffer()
-->mAllocMod->registerBuffer()
-->gralloc_register_buffer()

GraphicBuffer::free_handle()
-->GraphicBufferMapper::unregisterBuffer()
-->mAllocMod->unregisterBuffer()
-->gralloc_unregister_buffer()

GraphicBuffer::lock()
-->GraphicBufferMapper::lock()
-->mAllocMod->lock()
-->gralloc_lock()

GraphicBuffer::unlock()
-->GraphicBufferMapper::unlock()
-->mAllocMod->unlock()
-->gralloc_unlock()

registerBuffer和unregisterBuffer分别用来注册和注销一个指定的图形缓冲区，所谓注册图形缓冲区，实际上就是将一块图形缓冲区映射到一个进程的地址空间去，而注销图形缓冲区就是执行相反的操作。lock和unlock分别用来锁定和解锁一个指定的图形缓冲区，在访问一块图形缓冲区的时候，例如，向一块图形缓冲写入内容的时候，需要将该图形缓冲区锁定，用来避免访问冲突。在锁定一块图形缓冲区的时候，可以指定要锁定的图形绘冲区的位置以及大小，这是通过参数l、t、w和h来指定的，其中，参数l和t指定的是要访问的图形缓冲区的左上角位置，而参数w和h指定的是要访问的图形缓冲区的宽度和长度。锁定之后，就可以获得由参数参数l、t、w和h所圈定的一块缓冲区的起始地址，保存在输出参数vaddr中。另一方面，在访问完成一块图形缓冲区之后，需要解除这块图形缓冲区的锁定。

1. 图形缓冲区的注册过程

status_t GraphicBufferMapper::registerBuffer(buffer_handle_t handle)
{
    ATRACE_CALL();
    status_t err;
    err = mAllocMod->registerBuffer(mAllocMod, handle);
    return err;
}

这里直接通过成员变量mAllocMod来调用gralloc_module_t中的registerBuffer函数来注册图形buffer

int gralloc_register_buffer(gralloc_module_t const* module,buffer_handle_t handle)
{
	//校验图形buffer
    if (private_handle_t::validate(handle) < 0)
        return -EINVAL;
    // if this handle was created in this process, then we keep it as is.
    int err = 0;
    private_handle_t* hnd = (private_handle_t*)handle;
	//判断当前进程是否为创建该图形buffer的进程，如果是创建该图形buffer的进程，则不需要在重复映射了，因为在创建过程中已经完成了地址空间的映射过程
    if (hnd->pid != getpid()) {
        void *vaddr;
        err = gralloc_map(module, handle, &vaddr);
    }
    return err;
}

这里的图形缓冲区的注册过程是针对应用程序进程的，服务端负责创建图形buffer，同时在创建的过程中自动将创建的图形buffer映射到服务进程地址空间，应用程序进程通过Binder进程间通信机制得到服务进程返回来的图形buffer，依然需要映射到应用程序进程，这样应用程序进程才能直接访问该图形buffer。这里通过进程ID号来区分当前进程是否为创建图形buffer的进程。

static int gralloc_map(gralloc_module_t const* module,
        buffer_handle_t handle,
        void** vaddr)
{
    private_handle_t* hnd = (private_handle_t*)handle;
    if (!(hnd->flags & private_handle_t::PRIV_FLAGS_FRAMEBUFFER)) {
        size_t size = hnd->size;
        void* mappedAddress = mmap(0, size,PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, hnd->fd, 0);
        if (mappedAddress == MAP_FAILED) {
            ALOGE("Could not mmap %s", strerror(errno));
            return -errno;
        }
        hnd->base = intptr_t(mappedAddress) + hnd->offset;
    }
    *vaddr = (void*)hnd->base;
    return 0;
}

这里通过系统调用mmap将服务端创建的图形缓冲区映射到应用程序进程地址空间。

2. 图形缓冲区的注销过程

图形缓冲区的注销过程和注册过程恰恰相反，函数调用过程类型，就是取消地址空间映射。

status_t GraphicBufferMapper::unregisterBuffer(buffer_handle_t handle)
{
    ATRACE_CALL();
    status_t err;
    err = mAllocMod->unregisterBuffer(mAllocMod, handle);
    ALOGW_IF(err, "unregisterBuffer(%p) failed %d (%s)",handle, err, strerror(-err));
    return err;
}

直接调用gralloc_module_t中的unregisterBuffer函数来注销图形buffer

int gralloc_unregister_buffer(gralloc_module_t const* module,buffer_handle_t handle)
{
    if (private_handle_t::validate(handle) < 0)
        return -EINVAL;
    // never unmap buffers that were created in this process
    private_handle_t* hnd = (private_handle_t*)handle;
    if (hnd->pid != getpid()) {
        if (hnd->base) {
            gralloc_unmap(module, handle);
        }
    }
    return 0;
}

通过进程ID来判断是否需要取消映射

static int gralloc_unmap(gralloc_module_t const* module,buffer_handle_t handle)
{
    private_handle_t* hnd = (private_handle_t*)handle;
    if (!(hnd->flags & private_handle_t::PRIV_FLAGS_FRAMEBUFFER)) {
        void* base = (void*)hnd->base;
        size_t size = hnd->size;
        if (munmap(base, size) < 0) {
            ALOGE("Could not unmap %s", strerror(errno));
        }
    }
    hnd->base = 0;
    return 0;
}

调用munmap系统调用来取消图形buffer映射过程。

3. 图形缓冲区的锁定过程

status_t GraphicBufferMapper::lock(buffer_handle_t handle, 
        int usage, const Rect& bounds, void** vaddr)
{
    ATRACE_CALL();
    status_t err;
    err = mAllocMod->lock(mAllocMod, handle, usage,
            bounds.left, bounds.top, bounds.width(), bounds.height(),vaddr);
    ALOGW_IF(err, "lock(...) failed %d (%s)", err, strerror(-err));
    return err;
}

直接调用gralloc_module_t中的lock函数来锁定该图形buffer

int gralloc_lock(gralloc_module_t const* module,
        buffer_handle_t handle, int usage,
        int l, int t, int w, int h,
        void** vaddr)
{
	//根据硬件来具体实现
    return 0;
}

4. 图形缓冲区的解锁过程

status_t GraphicBufferMapper::unlock(buffer_handle_t handle)
{
    ATRACE_CALL();
    status_t err;
    err = mAllocMod->unlock(mAllocMod, handle);
    ALOGW_IF(err, "unlock(...) failed %d (%s)", err, strerror(-err));
    return err;
}

直接调用gralloc_module_t中的unlock函数来解锁该图形buffer

int gralloc_unlock(gralloc_module_t const* module, buffer_handle_t handle)
{
    if (private_handle_t::validate(handle) < 0)
        return -EINVAL;
	//根据硬件来具体实现
	...
    return 0;
}