Android Input 子系统： Input 进程的创建，监听线程的启动

2017-09-19 22:21:31 +08:00
 Cheelok

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从我个人的理解来看，Android 的 Input 系统其实就是系统级的事件处理、分发框架，它需要的功能模块大致有：事件读取、事件分类、事件分发。那么我们就从整个 Input 系统的输入源入手，了解事件是如何被输入到 Input 系统中的。

在看代码前我们先想一想，如果要我们设计一个事件分发框架的输入读取模块，要考虑到哪些子模块：

  1. 事件生成模块（当用户对设备进行操作产生 InputEvent，硬件产生中断将事件交给驱动，驱动交给内核，内核交给 framework ）
  2. 事件监听模块（这里就很像设计一个服务器，为了及时响应来自客户端的请求，则需要启动一个线程监听）
  3. 事件读取模块
  4. 事件分发模块

那么现在我们最起码可以知道整个学习的起点了，就是 Input 系统中，负责监听的线程是谁，监听的过程中它们做了什么。在开始之前，给大家分享一张我根据本文内容画的图：

InputManagerService 初始化概览

首先，有几点共识我们都可以达成：

  1. Android Framework 层的 Service （ Java ）都是由 system_server 进程创建的（由于没有 fork，因此都运行在 system_server 进程中）
  2. Service 创建后就会交给运行在 system_server 进程中的 ServiceManager 管理。

因此对于 InputManagerService 的创建，我们可以在 SystemServer 的 startOtherServices()方法中找到，该方法做了以下事情：

  1. 创建 InputManagerService 对象
  2. 将它交给 ServiceManager 管理
  3. 将 WindowManagerService 的 InputMonitor 注册到 InputManagerService 中作为窗口响应事件后的回调
  4. 完成以上工作后启动 InputManagerService。
SystemServer.java

startOtherServices(){
    ……
    inputManager = new InputManagerService(context);
    ……
    inputManager.setWindowManagerCallbacks(wm.getInputMonitor());
    inputManager.start();
    ……
}

接下来我们就逐部分学习相应的处理。

InputManagerService 对象的创建

创建 InputManagerService 对象时会完成以下工作：

  1. 创建一个负责处理 DisplayThread 线程中的 Message 的 Handler
  2. 调用 nativeInit 初始化 native 层的 InputManagerService，初始化的时候传入了 DisplayThread 的消息队列
  3. 用 mPtr 保存 native 层的 InputManagerService
  4. 初始化完成后将 Service 添加到 LocalServices，通过 Map 以键值对的形式存储
InputManagerService.java

public InputManagerService(Context context) {
    this.mContext = context;
    this.mHandler = new InputManagerHandler(DisplayThread.get().getLooper());

    mUseDevInputEventForAudioJack =
            context.getResources().getBoolean(R.bool.config_useDevInputEventForAudioJack);
    Slog.i(TAG, "Initializing input manager, mUseDevInputEventForAudioJack="
            + mUseDevInputEventForAudioJack);
    mPtr = nativeInit(this, mContext, mHandler.getLooper().getQueue());

    LocalServices.addService(InputManagerInternal.class, new LocalService());
}

这里可能有人就会问了，为什么 InputManagerService 要和 DisplayThread 绑定在一起？大家不妨想想，InputEvent 无论如何被获取、归类、分发，最终还是要被处理，也就意味着最终它的处理结果都要在 UI 上体现，那么 InputManagerService 自然要选择和 UI 亲近一些的线程在一起了。

但是问题又来了，应用都是运行在自己的主线程里的，难道 InputManagerService 要一个个绑定么，还是一个个轮询？这些做法都太过低效，那换个办法，可不可以和某个管理或非常亲近所有应用 UI 的线程绑定在一起呢？

答案是什么，我在这里先不说，大家可以利用自己的知识想想。

初始化 native 层的 InputManagerService

在 nativeInit 函数中，将 Java 层的 MessageQueue 转换为 native 层的 MessageQueue，然后再取出 Looper 用于 NativeInputManager 的初始化。可见这里的重头戏就是 NativeInputManager 的创建，这个过程做了以下事情：

  1. 将 Java 层的 Context 和 InputManagerService 转换为 native 层的 Context 和 InputManagerService 存储在 mContextObj 和 mServiceObj 中
  2. 初始化变量
  3. 创建 EventHub
  4. 创建 InputManager
com_android_server_input_InputManagerService.cpp

NativeInputManager::NativeInputManager(jobject contextObj,
        jobject serviceObj, const sp<Looper>& looper) :
        mLooper(looper), mInteractive(true) {
    JNIEnv* env = jniEnv();

    mContextObj = env->NewGlobalRef(contextObj);
    mServiceObj = env->NewGlobalRef(serviceObj);

    {
        AutoMutex _l(mLock);
        mLocked.systemUiVisibility = ASYSTEM_UI_VISIBILITY_STATUS_BAR_VISIBLE;
        mLocked.pointerSpeed = 0;
        mLocked.pointerGesturesEnabled = true;
        mLocked.showTouches = false;
    }
    mInteractive = true;

    sp<EventHub> eventHub = new EventHub();
    mInputManager = new InputManager(eventHub, this, this);
}

EventHub

看到这里很多人就会想，EventHub 是什么？取英语释义来看，它的意思是事件枢纽。我们在文章开头的时候也提到过，Input 系统的事件来源于驱动 /内核，那么我们可以猜测 EventHub 是处理来自驱动 /内核的元事件的枢纽。接下来就在源码中验证我们的想法吧。

EventHub 的创建过程中做了以下事情：

  1. 创建 mEpollFd 用于监听是否有数据（有无事件）可读
  2. 创建 mINotifyFd 将它注册到 DEVICE_PATH （这里路径就是 /dev/input ）节点，并将它交给内核用于监听该设备节点的增删数据事件。那么只要有数据增删的事件到来，epoll_wait()就会返回，使得 EventHub 能收到来自系统的通知，并获取事件的详细信息
  3. 调用 epoll_ctl 函数将 mEpollFd 和 mINotifyFd 注册到 epoll 中
  4. 定义 int wakeFd[2]作为事件传输管道的读写两端，并将读端注册到 epoll 中让 mEpollFd 监听
EventHub.cpp

EventHub::EventHub(void) :
        mBuiltInKeyboardId(NO_BUILT_IN_KEYBOARD), mNextDeviceId(1), mControllerNumbers(),
        mOpeningDevices(0), mClosingDevices(0),
        mNeedToSendFinishedDeviceScan(false),
        mNeedToReopenDevices(false), mNeedToScanDevices(true),
        mPendingEventCount(0), mPendingEventIndex(0), mPendingINotify(false) {
    acquire_wake_lock(PARTIAL_WAKE_LOCK, WAKE_LOCK_ID);

    mEpollFd = epoll_create(EPOLL_SIZE_HINT);
    LOG_ALWAYS_FATAL_IF(mEpollFd < 0, "Could not create epoll instance.  errno=%d", errno);

    mINotifyFd = inotify_init();
    int result = inotify_add_watch(mINotifyFd, DEVICE_PATH, IN_DELETE | IN_CREATE);
    ……
    result = epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_ADD, mINotifyFd, &eventItem);
    ……
    int wakeFds[2];
    result = pipe(wakeFds);
    ……
    mWakeReadPipeFd = wakeFds[0];
    mWakeWritePipeFd = wakeFds[1];

    result = fcntl(mWakeReadPipeFd, F_SETFL, O_NONBLOCK);
    ……
    result = fcntl(mWakeWritePipeFd, F_SETFL, O_NONBLOCK);
    ……
    result = epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_ADD, mWakeReadPipeFd, &eventItem);
    ……
}

那么这里抛出一个问题：为什么要把管道的读端注册到 epoll 中？假如 EventHub 因为 getEvents 读不到事件而阻塞在 epoll_wait()里，而我们没有绑定读端的话，我们要怎么唤醒 EventHub ？如果绑定了管道的读端，我们就可以通过向管道的写端写数据从而让 EventHub 因为得到管道写端的数据而被唤醒。

InputManager 的创建

接下来继续说 InputManager 的创建，它的创建就简单多了，创建一个 InputDispatcher 对象用于分发事件，一个 InputReader 对象用于读事件并把事件交给 InputDispatcher 分发，，然后调用 initialize()初始化，其实也就是创建了 InputReaderThread 和 InputDispatcherThread。

InputManager.cpp

InputManager::InputManager(
        const sp<EventHubInterface>& eventHub,
        const sp<InputReaderPolicyInterface>& readerPolicy,
        const sp<InputDispatcherPolicyInterface>& dispatcherPolicy) {
    mDispatcher = new InputDispatcher(dispatcherPolicy);
    mReader = new InputReader(eventHub, readerPolicy, mDispatcher);
    initialize();
}

void InputManager::initialize() {
    mReaderThread = new InputReaderThread(mReader);
    mDispatcherThread = new InputDispatcherThread(mDispatcher);
}

InputDispatcher 和 InputReader 的创建都相对简单。InputDispatcher 会创建自己线程的 Looper，以及设置根据传入的 dispatchPolicy 设置分发规则。InputReader 则会将传入的 InputDispatcher 封装为监听对象存起来，做一些数据初始化就结束了。

至此，InputManagerService 对象的初始化就完成了，根据开头说的，接下来就会调用 InputManagerService 的 start()方法。

监听线程 InputReader 和 InputDispatcher 的启动

在 start()方法中，做了以下事情：

  1. 调用 nativeStart 方法，其实就是调用 InputManager 的 start()方法
  2. 将 InputManagerService 交给 WatchDog 监控
  3. 注册触控点速度、显示触控的观察者，并注册广播监控它们
  4. 主动调用 updateXXX 方法更新（初始化）
InputManagerService.java

public void start() {
    Slog.i(TAG, "Starting input manager");
    nativeStart(mPtr);

    // Add ourself to the Watchdog monitors.
    Watchdog.getInstance().addMonitor(this);

    registerPointerSpeedSettingObserver();
    registerShowTouchesSettingObserver();
    registerAccessibilityLargePointerSettingObserver();

    mContext.registerReceiver(new BroadcastReceiver() {
        @Override
        public void onReceive(Context context, Intent intent) {
            updatePointerSpeedFromSettings();
            updateShowTouchesFromSettings();
            updateAccessibilityLargePointerFromSettings();
        }
    }, new IntentFilter(Intent.ACTION_USER_SWITCHED), null, mHandler);

    updatePointerSpeedFromSettings();
    updateShowTouchesFromSettings();
    updateAccessibilityLargePointerFromSettings();
}

显而易见这里最值得关注的就是 InputManager 的 start()方法了，可惜这个方法并不值得我们如此关心，因为它做的事情很简单，就是启动 InputDispatcherThread 和 InputReaderThread 开始监听。

status_t InputManager::start() {
    status_t result = mDispatcherThread->run("InputDispatcher", PRIORITY_URGENT_DISPLAY);
    if (result) {
        ALOGE("Could not start InputDispatcher thread due to error %d.", result);
        return result;
    }

    result = mReaderThread->run("InputReader", PRIORITY_URGENT_DISPLAY);
    if (result) {
        ALOGE("Could not start InputReader thread due to error %d.", result);

        mDispatcherThread->requestExit();
        return result;
    }

    return OK;
}

那么 InputReaderThread 线程是怎么和 EventHub 关联起来的呢？

对于 InputReadThread：

  1. 启动后循环执行 mReader->loopOnce()
  2. loopOnce()中会调用 mEventHub->getEvents 读取事件
  3. 读到了事件就会调用 processEventsLocked 处理事件
  4. 处理完成后调用 getInputDevicesLocked 获取输入设备信息
  5. 调用 mPolicy->notifyInputDevicesChanged 函数利用 InputManagerService 的代理通过 Handler 发送 MSG_DELIVER_INPUT_DEVICES_CHANGED 消息，通知输入设备发生了变化
  6. 最后调用 mQueuedListener->flush()，将事件队列中的所有事件交给在 InputReader 中注册过的 InputDispatcher
bool InputReaderThread::threadLoop() {
    mReader->loopOnce();
    return true;
}

void InputReader::loopOnce() {
    ……

    size_t count = mEventHub->getEvents(timeoutMillis, mEventBuffer, EVENT_BUFFER_SIZE);

    { // acquire lock
        AutoMutex _l(mLock);
        mReaderIsAliveCondition.broadcast();

        if (count) {
            processEventsLocked(mEventBuffer, count);
        }

    ……

        if (oldGeneration != mGeneration) {
            inputDevicesChanged = true;
            getInputDevicesLocked(inputDevices);
        }
    } // release lock

    // Send out a message that the describes the changed input devices.
    if (inputDevicesChanged) {
        mPolicy->notifyInputDevicesChanged(inputDevices);
    }

    ……
    mQueuedListener->flush();
}

至此，Input 进程的创建，监听线程的启动相关学习就结束了。

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