framework——IMS啓動流程

1 前言

IMS 是 InputManagerService 的簡稱，主要負責輸入事件管理。

1.1 基本概念

• 輸入設備：屏幕、電源/音量、鍵鼠、充電口、藍牙、wifi 等
• 設備節點：當輸入設備可用時，Linux 內核會在 /dev/input 中創建對應的設備節點
• 輸入事件：觸摸事件、按鍵事件、鼠標事件、插拔事件等
• 輸入子系統：負責採集 Linux 內核中輸入事件原始信息，原始信息由 Kernel space 的驅動層一直傳遞到 User space 的設備節點

IMS 所做的工作就是監聽 /dev/input 下的所有的設備節點，當設備節點有數據時，對數據進行加工處理並找到合適的 Window，將輸入事件派發給它。

1.2 IMS 框架

（1）EventHub

• 監聽、掃描、打開 /dev/input 目錄下的輸入設備
• 根據配置文件和鍵值映射文件對設備進行配置和鍵值映射
• 將所有設備添加到本地列表中
• 抽取驅動程序上報的 inputEvent，主要包含設備可用性變化事件（設備事件）、設備節點中讀取的原始輸入事件。

（2）InputReader

• 根據設備類型添加不同 InputMapper
• 通過 EventHub.getEvents() 獲取 EventHub 中未處理的事件

（3）InputDispatcher

• 事件過濾，併發給上層。

2 Java 層 IMS 初始化流程

2.1 IMS 啓動流程

（1）main

/frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java

public static void main(String[] args) {
    new SystemServer().run();
}

（2）run

/frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java

private void run() {
	try {
		...
		// 創建Looper
		Looper.prepareMainLooper();
		// 加載libandroid_servers.so
		System.loadLibrary("android_servers");
		// 創建系統的 Context：ContextImpl.createSystemContext(new ActivityThread())
		createSystemContext();
		// 創建 SystemServiceManager
		mSystemServiceManager = new SystemServiceManager(mSystemContext);
		LocalServices.addService(SystemServiceManager.class, mSystemServiceManager);
		...
	}
	...
	try {
		//啓動引導服務，ActivityManagerService、ActivityTaskManagerService、PackageManagerService、PowerManagerService、DisplayManagerService 等
		startBootstrapServices(); 
		//啓動核心服務，BatteryService、UsageStatusService 等
		startCoreServices(); 
		//啓動其他服務，InputManagerService、WindowManagerService、CameraService、AlarmManagerService 等
		startOtherServices(); 
		...
	}
	...
	// 開啓消息循環
	Looper.loop();
}

（3）startOtherServices

/frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java

private void startOtherServices() {
	...
	WindowManagerService wm = null;
	...
	InputManagerService inputManager = null;
	...
	try {
        ...
        inputManager = new InputManagerService(context);
		...
        //PhoneWindowManager 是 WMP 的實現類
		wm = WindowManagerService.main(context, inputManager, !mFirstBoot, mOnlyCore, new PhoneWindowManager(), mActivityManagerService.mActivityTaskManager);
		ServiceManager.addService(Context.WINDOW_SERVICE, wm, false, DUMP_FLAG_PRIORITY_CRITICAL | DUMP_FLAG_PROTO);
		ServiceManager.addService(Context.INPUT_SERVICE, inputManager, false, DUMP_FLAG_PRIORITY_CRITICAL);
		...
		mActivityManagerService.setWindowManager(wm);
		...
		wm.onInitReady(); //initPolicy
		...
        //wm 的 mInputManagerCallback 屬性在定義時就被初始化
		inputManager.setWindowManagerCallbacks(wm.getInputManagerCallback());
		inputManager.start();
		...
	}
}

通過 ServiceManager.addService() 將 Context.INPUT_SERVICE 與 IMS 綁定，因此在其他進程中可以通過如下方式獲取 IMS。

IBinder b = ServiceManager.getService(Context.INPUT_SERVICE); 
IInputManager im = IInputManager.Stub.asInterface(b);

2.2 IMS 初始化

（1）構造方法

/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/input/InputManagerService.java

public InputManagerService(Context context) {
	this.mContext = context;
	//在 android.display 線程中處理消息
	this.mHandler = new InputManagerHandler(DisplayThread.get().getLooper());
	...
	//mPtr 爲 JNI 層 NativeInputManager 對象的地址
	mPtr = nativeInit(this, mContext, mHandler.getLooper().getQueue());
	String doubleTouchGestureEnablePath = context.getResources().getString(R.string.config_doubleTouchGestureEnableFile);
	mDoubleTouchGestureEnableFile = TextUtils.isEmpty(doubleTouchGestureEnablePath) ? null : new File(doubleTouchGestureEnablePath);
	//添加本地服務
	LocalServices.addService(InputManagerInternal.class, new LocalService());
}

nativeInit() 方法在 JNI 層創建了 NativeInputManager 對象，並返回其地址（後文會介紹）；LocalService 是 IMS 的內部類，也是 InputManagerInternal 的實現類。 

（2）setWindowManagerCallbacks

/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/input/InputManagerService.java

public void setWindowManagerCallbacks(WindowManagerCallbacks callbacks) {
	mWindowManagerCallbacks = callbacks;
}

callbacks 來自 WMS.mInputManagerCallback，屬於 InputManagerCallback 類（IMS.WindowManagerCallbacks 的實現類），WMS.mInputManagerCallback 在定義時就被初始化。

（3）start

/frameworks/base/services/core/java/com/android/server/input/InputManagerService.java

public void start() {
	//啓動 Native 層的 InputReaderThread 和 InputDispatcherThread 線程
	nativeStart(mPtr);
	//註冊監聽器
	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();
}

nativeStart() 方法啓動 Native 層 InputReaderThread 和 InputDispatcherThread 線程（後面會介紹）。

3 Native 層 IMS 初始化流程

本節主要介紹 IMS 構造方法中調用 nativeInit() 方法、start() 方法中調用 nativeStart() 方法的後續流程。

如圖，展示了 IMS 初始化流程，淺藍色、綠色、紫色分別表示 Java 層、JNI 層、Native 層。

3.1 nativeInit 後續流程

（1）gInputManagerMethods

/frameworks/base/services/core/jni/com_android_server_input_InputManagerService.cpp

static const JNINativeMethod gInputManagerMethods[] = {
	//Java 層調用的 nativeInit 方法對應 JNI 層的 nativeInit 方法
    { "nativeInit",
            "(Lcom/android/server/input/InputManagerService;Landroid/content/Context;Landroid/os/MessageQueue;)J",
            (void*) nativeInit },
	//Java 層調用的 nativeStart 方法對應 JNI 層的 nativeStart 方法
    { "nativeStart", "(J)V",
            (void*) nativeStart },
	...
}

 gInputManagerMethods 數組列出了 Java 層調用 nativeInit()、nativeStart() 方法到 JNI 層具體調用方法的映射關係。

（2）nativeInit

 /frameworks/base/services/core/jni/com_android_server_input_InputManagerService.cpp

//Java 層調用：mPtr = nativeInit(this, mContext, mHandler.getLooper().getQueue());
static jlong nativeInit(JNIEnv* env, jclass, jobject serviceObj, jobject contextObj, jobject messageQueueObj) {
	//獲取 JNI 層消息隊列
    sp<MessageQueue> messageQueue = android_os_MessageQueue_getMessageQueue(env, messageQueueObj);
    ...
	//創建 NativeInputManager
    NativeInputManager* im = new NativeInputManager(contextObj, serviceObj, messageQueue->getLooper());
    im->incStrong(0);
    //返回 NativeInputManager 對象指針給 Java 層（mPtr）
    return reinterpret_cast<jlong>(im);
}

 NativeInputManager 是在該文件中定義的類。

（3）NativeInputManager

/frameworks/base/services/core/jni/com_android_server_input_InputManagerService.cpp 

#include <inputflinger/InputManager.h>

NativeInputManager::NativeInputManager(jobject contextObj, jobject serviceObj, const sp<Looper>& looper) : 
		mLooper(looper), mInteractive(true) {
    JNIEnv* env = jniEnv();
    mServiceObj = env->NewGlobalRef(serviceObj);
    ...
    mInteractive = true;
	//創建 Native 層 InputManager，2 個 this 分別爲：InputReaderPolicyInterface、InputDispatcherPolicyInterface
    mInputManager = new InputManager(this, this);
    defaultServiceManager()->addService(String16("inputflinger"), mInputManager, false);
}

 NativeInputManager 實現了 RefBase、InputReaderPolicyInterface、InputDispatcherPolicyInterface、PointerControllerPolicyInterface 4個接口。

 InputManager.h 中定義了抽象的 InputManager 類，InputManager.cpp 實現了 InputManager.h 中的抽象方法。

（4）InputManager

/frameworks/native/services/inputflinger/InputManager.h

class InputManager : public InputManagerInterface, public BnInputFlinger {
	...
public:
    InputManager(const sp<InputReaderPolicyInterface>& readerPolicy, const sp<InputDispatcherPolicyInterface>& dispatcherPolicy);
    virtual status_t start();
    ...
    virtual void setInputWindows(const std::vector<InputWindowInfo>& handles, const sp<ISetInputWindowsListener>& setInputWindowsListener);
	virtual void transferTouchFocus(const sp<IBinder>& fromToken, const sp<IBinder>& toToken);
    ...
    virtual void registerInputChannel(const sp<InputChannel>& channel);
private:
    sp<InputReaderInterface> mReader;
    sp<InputReaderThread> mReaderThread;
	sp<InputClassifierInterface> mClassifier;
    sp<InputDispatcherInterface> mDispatcher;
    sp<InputDispatcherThread> mDispatcherThread;
	void initialize();
};

注意：InputManager 繼承了 BnInputFlinger 接口（Binder 跨進程通訊的服務端）。

（5）InputManager

/frameworks/native/services/inputflinger/InputManager.cpp

#include "InputManager.h"
#include "InputReaderFactory.h"

InputManager::InputManager(const sp<InputReaderPolicyInterface>& readerPolicy, const sp<InputDispatcherPolicyInterface>& dispatcherPolicy) {
	//創建 InputDispatcher
    mDispatcher = new InputDispatcher(dispatcherPolicy);
    mClassifier = new InputClassifier(mDispatcher);
	//創建 InputReader，createInputReader() 是 InputReaderFactory 類的方法
    mReader = createInputReader(readerPolicy, mClassifier);
    initialize();
}

（6）InputDispatcher

/frameworks/native/services/inputflinger/InputDispatcher.cpp

InputDispatcher::InputDispatcher(const sp<InputDispatcherPolicyInterface>& policy) :
    mPolicy(policy), ... {
	//創建消息循環
    mLooper = new Looper(false);
    mReporter = createInputReporter();
    ...
    policy->getDispatcherConfiguration(&mConfig);
}

（7）createInputReader

/frameworks/native/services/inputflinger/InputReaderFactory.cpp

sp<InputReaderInterface> createInputReader(const sp<InputReaderPolicyInterface>& policy, const sp<InputListenerInterface>& listener) {
    return new InputReader(new EventHub(), policy, listener);
}

注意：此處創建了 EventHub，並注入到 InputReader 中。 

（8）InputReader

/frameworks/native/services/inputflinger/InputReader.cpp

InputReader::InputReader(const sp<EventHubInterface>& eventHub, const sp<InputReaderPolicyInterface>& policy, const sp<InputListenerInterface>& listener) :
        mContext(this), mEventHub(eventHub), mPolicy(policy), ... {
    mQueuedListener = new QueuedInputListener(listener);
    ...
}

（9）EventHub

/frameworks/native/services/inputflinger/EventHub.cpp

EventHub::EventHub(void) :
        mBuiltInKeyboardId(NO_BUILT_IN_KEYBOARD), mNextDeviceId(1), mControllerNumbers(),
        mOpeningDevices(nullptr), mClosingDevices(nullptr),
        mNeedToSendFinishedDeviceScan(false),
        mNeedToReopenDevices(false), mNeedToScanDevices(true),
        mPendingEventCount(0), mPendingEventIndex(0), mPendingINotify(false) {
    ...
    mEpollFd = epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC);
    ...
    mINotifyFd = inotify_init();
    mInputWd = inotify_add_watch(mINotifyFd, DEVICE_PATH, IN_DELETE | IN_CREATE);
    ...
    int 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);
    ...
    eventItem.data.fd = mWakeReadPipeFd;
    result = epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_ADD, mWakeReadPipeFd, &eventItem);
    ...
}

（10）initialize

/frameworks/native/services/inputflinger/InputManager.cpp

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

 InputReaderThread 和 InputDispatcherThread 都繼承了 Thread 類。

在 InputManager.h 文件中，已申明 InputReaderThread 和 InputDispatcherThread 的源碼不再開源，如下。

/*
 * By design, the InputReaderThread class and InputDispatcherThread class do not share any
 */

3.2 nativeStart 後續流程

（1）nativeStart

/frameworks/base/services/core/jni/com_android_server_input_InputManagerService.cpp

static void nativeStart(JNIEnv* env, jclass, jlong ptr) {
    //通過對象地址獲取 NativeInputManager 對象指針
    NativeInputManager* im = reinterpret_cast<NativeInputManager*>(ptr);
    //調用 Native 層 InputManager 的 start() 方法
    status_t result = im->getInputManager()->start();
    ...
}

inline sp<InputManager> getInputManager() const {
	return mInputManager; 
}

（2）start

/frameworks/native/services/inputflinger/InputManager.cpp

status_t InputManager::start() {
	//開啓 DispatcherThread 線程
    status_t result = mDispatcherThread->run("InputDispatcher", PRIORITY_URGENT_DISPLAY);
    ...
	//開啓 ReaderThread 線程
    result = mReaderThread->run("InputReader", PRIORITY_URGENT_DISPLAY);
	...
    return OK;
}