Android7.0 PowerManagerService(1) 啟動過程

PowerManagerService負責Android系統中電源管理方面的工作，為了簡便我們在下文中將其簡稱為PMS。

我們先大致了解一下PMS在Android中的整體結構：

如上圖所示，可以看出PMS的對外接口是PowerManager，其通過Binder通信來調用PMS中定義的BinderService的接口。
BinderService與PowerManger之間的通信接口由IPowerManager.aidl來進行約束。

PMS由SystemServer來啟動，我們看看SystemServer.java中相關的代碼：

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

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

SystemServer.java中PMS涉及的地方主要有兩處：
1、利用startService啟動PMS。
之前分析PKMS時我們已經提過，startService主要通過反射調用服務的構造函數，然後再調用服務的onStart函數。
2、調用PMS的systemReady方法。
接下來我們就分三部分，分別看看PMS的構造函數、onStart函數及systemReady函數涉及到的流程。

一、構造函數
PowerManagerService的構造函數如下所示：

public PowerManagerService(Context context) {
    ............
    //ServiceThread繼承自HandlerThread，專門針對系統服務定義的，應該是優先級更高吧
    mHandlerThread = new ServiceThread(TAG,
            Process.THREAD_PRIORITY_DISPLAY, false /*allowIo*/);
    mHandlerThread.start();
    mHandler = new PowerManagerHandler(mHandlerThread.getLooper());

    synchronized (mLock) {
        //創建一些鎖對象，同構acquire和release修改引用數
        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的構造函數較為簡單，僅需要進一步分析其native函數的作用。
在com_android_server_power_PowerManagerService.cpp中：

static void nativeInit(JNIEnv* env, jobject obj) {
    //創建一個全局引用對象，引用PMS
    gPowerManagerServiceObj = env->NewGlobalRef(obj);

    //利用hw_get_module加載底層動態庫，具體實現還是依賴與dlsym函數
    status_t err = hw_get_module(POWER_HARDWARE_MODULE_ID,
            (hw_module_t const**)&gPowerModule);
    if (!err) {
        //調用底層動態庫的init函數
        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");
        //初始時調用autosuspend_disable函數，定義於system/core/libsuspend/autosuspend.c中
        //最終將調用到autosuspend_earlysuspend_disable函數，就是將底層的置為pwr_state_on的狀態
        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");
            //初始時，調用動態庫的setInteractive函數，目前還不確定這個函數調用後的效果
            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) {
        //初始時，調用動態庫的setFeature函數，將POWER_FEATURE_DOUBLE_TAP_TO_WAKE置為0
        gPowerModule->setFeature(gPowerModule, (feature_t)featureId, data_param);
    }
}

從上面的代碼可以看出，PMS的構造函數還是比較簡單的，就是創建一些基本的成員，然後利用native函數加載底層的動態庫，並設置一些狀態和標志位。

二、onStart
接下來我們看看PMS的onStart函數：

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

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

從代碼來看，onStart內容可以分成3類，即發布BinderService、發布LocalService和完成watchdog相關的工作。
我們分別看看這3類工作具體的流程。

1、publishBinderService
publishBinderService定義在PMS的父類SystemService中：

//PMS中的BinderService繼承自IPowerManager.Stub，實現了IBinder接口
//name為PMS的名稱，power
protected final void publishBinderService(String name, IBinder service) {
    publishBinderService(name, service, false);
}

protected final void publishBinderService(String name, IBinder service,
        boolean allowIsolated) {
    //調用ServiceManger的接口，實際上利用Binder通信向Service Manger進程注冊服務
    ServiceManager.addService(name, service, allowIsolated);
}

通過上述代碼，PMS就將內部定義的BinderService注冊到Service Manager進程，對應的名稱為”power”。

2、publishLocalService
publishLocalService同樣定義在PMS的父類SystemService中：

//參數中的LocalService繼承自PowerManagerInternal類
protected final  void publishLocalService(Class type, T service) {
    LocalServices.addService(type, service);
}

我們來看看LocalServices類的addService函數：

/**
* 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);
    }
}

從代碼來看，LocalServices的作用與單例模式有些相似，不過更為嚴格。
單例模式用於保證某個類只能創建出一個對象； LocalServices管理對象時，確保繼承某個類或接口的對象只有一個。
目前，還看不出PMS利用LocalServices管理其內部的LocalService的理由，先在此留個懸念。

3、watchdog相關工作
在之前的博客中，分析過Android 6.0中watchdog流程。
對於watchdog而言，Android 7.0與Android 6.0基本類似，這裡僅再簡單介紹一下涉及到的流程。

//PMS實現了Watchdog.Monitor接口，下面的代碼將PMS加入到watchdog的mMonitorChecker中
Watchdog.getInstance().addMonitor(this);
//將PMS的ServiceThread對對應的handler傳入watchdog中，watchdog將利用該handler構造一個HandlerChecker
Watchdog.getInstance().addThread(mHandler);

3.1 addThread
當PMS調用addThread時，watchDog利用mHandler構造一個HandlerChecker，然後周期性地調用HandlerChecker的scheduleCheckLocked方法：

public void scheduleCheckLocked() {
    //PMS對應的HandlerChecker沒有monitor，因此mMonitors.size()恆等於0
    //調用MessageQueue的isPolling函數，判斷是否處於polling狀態；
    //當MessageQueue native層的looper處於等待狀態，即沒有事件需要處理時，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繼承runnable，這裡的意思是向PMS的handler發送一個HandlerChecker類型的runnable事件
    mHandler.postAtFrontOfQueue(this);
}

public void run() {
    final int size = mMonitors.size();
    //PMS對應的HandlerChecker的mMonitors.size為0，跳過
    for (int i = 0 ; i < size ; i++) {
        synchronized (Watchdog.this) {
            mCurrentMonitor = mMonitors.get(i);
        }
        mCurrentMonitor.monitor();
    }

    //只要PMS的mHandler在規定事件內，執行了上文傳入的runnable事件，就說明沒有阻塞，PMS是正常的
    synchronized (Watchdog.this) {
        mCompleted = true;
        mCurrentMonitor = null;
    }
}

3.2 addMonitor
當PMS調用watchDog的addMonitor函數後，watchDog就會周期性地調用PMS的monitor接口：

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

PMS只要能在規定時間內獲得mLock鎖，watchDog就能確認PMS沒有死鎖，狀態正常。

以上只是簡略介紹了一下watchDog相關的內容，詳情可以參考下面的博客。
Android6.0 watchdog

三、systemReady
接下來我們看一下PMS的systemReady函數：

public void systemReady(IAppOpsService appOps) {
    //這裡持鎖，意味者內部所有函數必須在規定事件內執行完畢
    //否則watchDog將會檢測到錯誤
    synchronized (mLock) {
        mSystemReady = true;
        mAppOps = appOps;

        //注意下面的對象都是從LocalServices取出的，從之前PMS加入LocalServices的流程來看
        //下面取出的實際上應該是繼承抽象類的實際子類
        //因此大概可以理解LocalServices的作用了，以抽象類名為key，保存實際的子類
        //以key取出子類對象時，子類退化為抽象類，於是得到了實際對象，但僅能利用父類的接口
        //整個設計演變為面向接口的編程

        //從注釋來看，與doze有關
        mDreamManager = getLocalService(DreamManagerInternal.class);
        //顯示管理相關
        mDisplayManagerInternal = getLocalService(DisplayManagerInternal.class);
        //Window管理相關
        mPolicy = getLocalService(WindowManagerPolicy.class);
        //電源管理相關
        mBatteryManagerInternal = getLocalService(BatteryManagerInternal.class);

        //這裡獲取PowerManager就是為了方便獲取下面三個系統屬性
        PowerManager pm = (PowerManager) mContext.getSystemService(Context.POWER_SERVICE);
        mScreenBrightnessSettingMinimum = pm.getMinimumScreenBrightnessSetting();
        mScreenBrightnessSettingMaximum = pm.getMaximumScreenBrightnessSetting();
        mScreenBrightnessSettingDefault = pm.getDefaultScreenBrightnessSetting();

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

        //系統電量統計有關
        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);

        //無線充電檢測相關
        mWirelessChargerDetector = new WirelessChargerDetector(sensorManager,
                createSuspendBlockerLocked("PowerManagerService.WirelessChargerDetector"),
                mHandler);
        mSettingsObserver = new SettingsObserver(mHandler);

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

        // Initialize display power management.
        //調用DisplayManagerService內部的LocalService的函數
        //創建出DisplayBlanker和DisplayPowerController
        mDisplayManagerInternal.initPowerManagement(
                mDisplayPowerCallbacks, mHandler, sensorManager);

        //定義一堆BroadcastReceiver
        ..................

        //利用mSettingsObserver監聽一堆數據庫字段的變化
        ..................

        //VR相關
        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);
        }

        //從資源文件中讀取大量配置信息
        readConfigurationLocked();

        //讀取數據庫字段，保存到本地變量中
        //必要時會進行一些實際的操作，例如設置feature到native層的動態庫
        updateSettingsLocked();

        mDirty |= DIRTY_BATTERY_STATE;

        //更新全局的電源狀態
        updatePowerStateLocked();
    }
}

從代碼來看，PMS在systemReady中主要是獲得一些成員變量，注冊一些廣播接收對象、讀取一些配置參數等。雖然PMS會與多個服務打交道，使得systemReady內容較為龐雜，但整個過程比較簡單。

在systemReady函數的最後，調用了一個比較重要的函數updatePowerStateLocked。當PMS監控到終端發生重大變化時，將利用該函數集中更新所有相關的狀態。updatePowerStateLocked涉及的內容較多，等對PMS整體有了初步的了解後，再來分析這個函數。

總結
本篇博客側重於介紹PMS的啟動過程，同時對PMS需要打交道的服務建立一個基本的認識。