Android7.0 PowerManagerService(1) 启动过程

16-10-13 来源：[db:作者]

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PowerManagerService负责Android系统中电源管理方面的工作，为了简便我们在下文中将其简称为PMS。

我们先大致了解一下PMS在Android中的整体结构：

如上图所示，可以看出PMS的对外接口是PowerManager，其通过Binder通信来调用PMS中定义的BinderService的接口。
BinderService与PowerManger之间的通信接口由IPowerManager.aidl来进行约束。

PMS由SystemServer来启动，我们看看SystemServer.java中相关的代码：

private void startBootstrapServices() {
    ..........
    mPowerManagerService = mSystemServiceManager.startService(PowerManagerService.class);
    ..........
}

private void startOtherServices() {
    ........
    try {
        mPowerManagerService.systemReady(mActivityManagerService.getAppOpsService());
        .........
    } catch (Throwable e) {
        .........
    }
    ........
}

SystemServer.java中PMS涉及的地方主要有两处：
1、利用startService启动PMS。
之前分析PKMS时我们已经提过，startService主要通过反射调用服务的构造函数，然后再调用服务的onStart函数。
2、调用PMS的systemReady方法。
接下来我们就分三部分，分别看看PMS的构造函数、onStart函数及systemReady函数涉及到的流程。

一、构造函数
PowerManagerService的构造函数如下所示：

public PowerManagerService(Context context) {
    ............
    //ServiceThread继承自HandlerThread，专门针对系统服务定义的，应该是优先级更高吧
    mHandlerThread = new ServiceThread(TAG,
            Process.THREAD_PRIORITY_DISPLAY, false /*allowIo*/);
    mHandlerThread.start();
    mHandler = new PowerManagerHandler(mHandlerThread.getLooper());

    synchronized (mLock) {
        //创建一些锁对象，同构acquire和release修改引用数
        mWakeLockSuspendBlocker = createSuspendBlockerLocked("PowerManagerService.WakeLocks");
        mDisplaySuspendBlocker = createSuspendBlockerLocked("PowerManagerService.Display");
        mDisplaySuspendBlocker.acquire();
        mHoldingDisplaySuspendBlocker = true;
        mHalAutoSuspendModeEnabled = false;
        mHalInteractiveModeEnabled = true;

        mWakefulness = WAKEFULNESS_AWAKE;

        nativeInit();
        nativeSetAutoSuspend(false);
        nativeSetInteractive(true);
        nativeSetFeature(POWER_FEATURE_DOUBLE_TAP_TO_WAKE, 0);
    }
}

容易看出PMS的构造函数较为简单，仅需要进一步分析其native函数的作用。
在com_android_server_power_PowerManagerService.cpp中：

static void nativeInit(JNIEnv* env, jobject obj) {
    //创建一个全局引用对象，引用PMS
    gPowerManagerServiceObj = env->NewGlobalRef(obj);

    //利用hw_get_module加载底层动态库，具体实现还是依赖与dlsym函数
    status_t err = hw_get_module(POWER_HARDWARE_MODULE_ID,
            (hw_module_t const**)&gPowerModule);
    if (!err) {
        //调用底层动态库的init函数
        gPowerModule->init(gPowerModule);
    } else {
        ALOGE("Couldn't load %s module (%s)", POWER_HARDWARE_MODULE_ID, strerror(-err));
    }
}

static void nativeSetAutoSuspend(JNIEnv* /* env */, jclass /* clazz */, jboolean enable) {
    if (enable) {
        ALOGD_IF_SLOW(100, "Excessive delay in autosuspend_enable() while turning screen off");
        autosuspend_enable();
    } else {
        ALOGD_IF_SLOW(100, "Excessive delay in autosuspend_disable() while turning screen on");
        //初始时调用autosuspend_disable函数，定义于system/core/libsuspend/autosuspend.c中
        //最终将调用到autosuspend_earlysuspend_disable函数，就是将底层的置为pwr_state_on的状态
        autosuspend_disable();
    }
}

static void nativeSetInteractive(JNIEnv* /* env */, jclass /* clazz */, jboolean enable) {
    if (gPowerModule) {
        if (enable) {
            ALOGD_IF_SLOW(20, "Excessive delay in setInteractive(true) while turning screen on");
            //初始时，调用动态库的setInteractive函数，目前还不确定这个函数调用后的效果
            gPowerModule->setInteractive(gPowerModule, true);
        } else {
            ALOGD_IF_SLOW(20, "Excessive delay in setInteractive(false) while turning screen off");
            gPowerModule->setInteractive(gPowerModule, false);
        }
    }
}

static void nativeSetFeature(JNIEnv *env, jclass clazz, jint featureId, jint data) {
    int data_param = data;

    if (gPowerModule && gPowerModule->setFeature) {
        //初始时，调用动态库的setFeature函数，将POWER_FEATURE_DOUBLE_TAP_TO_WAKE置为0
        gPowerModule->setFeature(gPowerModule, (feature_t)featureId, data_param);
    }
}

从上面的代码可以看出，PMS的构造函数还是比较简单的，就是创建一些基本的成员，然后利用native函数加载底层的动态库，并设置一些状态和标志位。

二、onStart
接下来我们看看PMS的onStart函数：

public void onStart() {
    publishBinderService(Context.POWER_SERVICE, new BinderService());
    publishLocalService(PowerManagerInternal.class, new LocalService());

    Watchdog.getInstance().addMonitor(this);
    Watchdog.getInstance().addThread(mHandler);
}

从代码来看，onStart内容可以分成3类，即发布BinderService、发布LocalService和完成watchdog相关的工作。
我们分别看看这3类工作具体的流程。

1、publishBinderService
publishBinderService定义在PMS的父类SystemService中：

//PMS中的BinderService继承自IPowerManager.Stub，实现了IBinder接口
//name为PMS的名称，power
protected final void publishBinderService(String name, IBinder service) {
    publishBinderService(name, service, false);
}

protected final void publishBinderService(String name, IBinder service,
        boolean allowIsolated) {
    //调用ServiceManger的接口，实际上利用Binder通信向Service Manger进程注册服务
    ServiceManager.addService(name, service, allowIsolated);
}

通过上述代码，PMS就将内部定义的BinderService注册到Service Manager进程，对应的名称为”power”。

2、publishLocalService
publishLocalService同样定义在PMS的父类SystemService中：

//参数中的LocalService继承自PowerManagerInternal类
protected final  void publishLocalService(Class type, T service) {
    LocalServices.addService(type, service);
}

我们来看看LocalServices类的addService函数：

/**
* Adds a service instance of the specified interface to the global registry of local services.
*/
public static  void addService(Class type, T service) {
    synchronized (sLocalServiceObjects) {
        if (sLocalServiceObjects.containsKey(type)) {
            throw new IllegalStateException("Overriding service registration");
        }
        sLocalServiceObjects.put(type, service);
    }
}

从代码来看，LocalServices的作用与单例模式有些相似，不过更为严格。
单例模式用于保证某个类只能创建出一个对象； LocalServices管理对象时，确保继承某个类或接口的对象只有一个。
目前，还看不出PMS利用LocalServices管理其内部的LocalService的理由，先在此留个悬念。

3、watchdog相关工作
在之前的博客中，分析过Android 6.0中watchdog流程。
对于watchdog而言，Android 7.0与Android 6.0基本类似，这里仅再简单介绍一下涉及到的流程。

//PMS实现了Watchdog.Monitor接口，下面的代码将PMS加入到watchdog的mMonitorChecker中
Watchdog.getInstance().addMonitor(this);
//将PMS的ServiceThread对对应的handler传入watchdog中，watchdog将利用该handler构造一个HandlerChecker
Watchdog.getInstance().addThread(mHandler);

3.1 addThread
当PMS调用addThread时，watchDog利用mHandler构造一个HandlerChecker，然后周期性地调用HandlerChecker的scheduleCheckLocked方法：

public void scheduleCheckLocked() {
    //PMS对应的HandlerChecker没有monitor，因此mMonitors.size()恒等于0
    //调用MessageQueue的isPolling函数，判断是否处于polling状态；
    //当MessageQueue native层的looper处于等待状态，即没有事件需要处理时，isPolling返回true
    if (mMonitors.size() == 0 && mHandler.getLooper().getQueue().isPolling()) {
        mCompleted = true;
        return;
    }

    if (!mCompleted) {
        // we already have a check in flight, so no need
        return;
    }

    mCompleted = false;
    mCurrentMonitor = null;
    mStartTime = SystemClock.uptimeMillis();
    //HandlerChecker继承runnable，这里的意思是向PMS的handler发送一个HandlerChecker类型的runnable事件
    mHandler.postAtFrontOfQueue(this);
}

public void run() {
    final int size = mMonitors.size();
    //PMS对应的HandlerChecker的mMonitors.size为0，跳过
    for (int i = 0 ; i < size ; i++) {
        synchronized (Watchdog.this) {
            mCurrentMonitor = mMonitors.get(i);
        }
        mCurrentMonitor.monitor();
    }

    //只要PMS的mHandler在规定事件内，执行了上文传入的runnable事件，就说明没有阻塞，PMS是正常的
    synchronized (Watchdog.this) {
        mCompleted = true;
        mCurrentMonitor = null;
    }
}

3.2 addMonitor
当PMS调用watchDog的addMonitor函数后，watchDog就会周期性地调用PMS的monitor接口：

public void monitor() {
    // Grab and release lock for watchdog monitor to detect deadlocks.
    synchronized (mLock) {
    }
}

PMS只要能在规定时间内获得mLock锁，watchDog就能确认PMS没有死锁，状态正常。

以上只是简略介绍了一下watchDog相关的内容，详情可以参考下面的博客。
Android6.0 watchdog

三、systemReady
接下来我们看一下PMS的systemReady函数：

public void systemReady(IAppOpsService appOps) {
    //这里持锁，意味者内部所有函数必须在规定事件内执行完毕
    //否则watchDog将会检测到错误
    synchronized (mLock) {
        mSystemReady = true;
        mAppOps = appOps;

        //注意下面的对象都是从LocalServices取出的，从之前PMS加入LocalServices的流程来看
        //下面取出的实际上应该是继承抽象类的实际子类
        //因此大概可以理解LocalServices的作用了，以抽象类名为key，保存实际的子类
        //以key取出子类对象时，子类退化为抽象类，于是得到了实际对象，但仅能利用父类的接口
        //整个设计演变为面向接口的编程

        //从注释来看，与doze有关
        mDreamManager = getLocalService(DreamManagerInternal.class);
        //显示管理相关
        mDisplayManagerInternal = getLocalService(DisplayManagerInternal.class);
        //Window管理相关
        mPolicy = getLocalService(WindowManagerPolicy.class);
        //电源管理相关
        mBatteryManagerInternal = getLocalService(BatteryManagerInternal.class);

        //这里获取PowerManager就是为了方便获取下面三个系统属性
        PowerManager pm = (PowerManager) mContext.getSystemService(Context.POWER_SERVICE);
        mScreenBrightnessSettingMinimum = pm.getMinimumScreenBrightnessSetting();
        mScreenBrightnessSettingMaximum = pm.getMaximumScreenBrightnessSetting();
        mScreenBrightnessSettingDefault = pm.getDefaultScreenBrightnessSetting();

        //Sensor相关
        SensorManager sensorManager = new SystemSensorManager(mContext, mHandler.getLooper());

        //系统电量统计有关
        mBatteryStats = BatteryStatsService.getService();

        // The notifier runs on the system server's main looper so as not to interfere
        // with the animations and other critical functions of the power manager.
        mNotifier = new Notifier(Looper.getMainLooper(), mContext, mBatteryStats,
                mAppOps, createSuspendBlockerLocked("PowerManagerService.Broadcasts"),
                mPolicy);

        //无线充电检测相关
        mWirelessChargerDetector = new WirelessChargerDetector(sensorManager,
                createSuspendBlockerLocked("PowerManagerService.WirelessChargerDetector"),
                mHandler);
        mSettingsObserver = new SettingsObserver(mHandler);

        //lightService相关
        mLightsManager = getLocalService(LightsManager.class);
        mAttentionLight = mLightsManager.getLight(LightsManager.LIGHT_ID_ATTENTION);

        // Initialize display power management.
        //调用DisplayManagerService内部的LocalService的函数
        //创建出DisplayBlanker和DisplayPowerController
        mDisplayManagerInternal.initPowerManagement(
                mDisplayPowerCallbacks, mHandler, sensorManager);

        //定义一堆BroadcastReceiver
        ..................

        //利用mSettingsObserver监听一堆数据库字段的变化
        ..................

        //VR相关
        IVrManager vrManager =
                (IVrManager) getBinderService(VrManagerService.VR_MANAGER_BINDER_SERVICE);
        try {
            vrManager.registerListener(mVrStateCallbacks);
        } catch (RemoteException e) {
            Slog.e(TAG, "Failed to register VR mode state listener: " + e);
        }

        //从资源文件中读取大量配置信息
        readConfigurationLocked();

        //读取数据库字段，保存到本地变量中
        //必要时会进行一些实际的操作，例如设置feature到native层的动态库
        updateSettingsLocked();

        mDirty |= DIRTY_BATTERY_STATE;

        //更新全局的电源状态
        updatePowerStateLocked();
    }
}

从代码来看，PMS在systemReady中主要是获得一些成员变量，注册一些广播接收对象、读取一些配置参数等。虽然PMS会与多个服务打交道，使得systemReady内容较为庞杂，但整个过程比较简单。

在systemReady函数的最后，调用了一个比较重要的函数updatePowerStateLocked。当PMS监控到终端发生重大变化时，将利用该函数集中更新所有相关的状态。updatePowerStateLocked涉及的内容较多，等对PMS整体有了初步的了解后，再来分析这个函数。

总结
本篇博客侧重于介绍PMS的启动过程，同时对PMS需要打交道的服务建立一个基本的认识。

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