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Android Systrace 基础知识(4) - SystemServer 解读

本文是 Systrace 系列文章的第四篇,主要是对 SystemServer 进行简单介绍,介绍了 SystemServer 中几个比较重要的线程,由于 Input 和 Binder 比较重要,所以单独拿出来讲,在这里就没有再涉及到。

本系列的目的是通过 Systrace 这个工具,从另外一个角度来看待 Android 系统整体的运行,同时也从另外一个角度来对 Framework 进行学习。也许你看了很多讲 Framework 的文章,但是总是记不住代码,或者不清楚其运行的流程,也许从 Systrace 这个图形化的角度,你可以理解的更深入一些。

系列文章目录

  1. [Systrace 简介]
  2. Systrace 基础知识 - Systrace 预备知识
  3. Systrace 基础知识 - Why 60 fps ?
  4. Systrace 基础知识 - SystemServer 解读
  5. Systrace 基础知识 - SurfaceFlinger 解读
  6. Systrace 基础知识 - Input 解读
  7. Systrace 基础知识 - Vsync 解读
  8. Systrace 基础知识 - Vsync-App :基于 Choreographer 的渲染机制详解
  9. Systrace 基础知识 - MainThread 和 RenderThread 解读
  10. Systrace 基础知识 - Binder 和锁竞争解读
  11. Systrace 基础知识 - Triple Buffer 解读
  12. Systrace 基础知识 - CPU Info 解读

正文

窗口动画

Systrace 中的 SystemServer 一个比较重要的地方就是窗口动画,由于窗口归 SystemServer 来管,那么窗口动画也就是由 SystemServer 来进行统一的处理,其中涉及到两个比较重要的线程,Android.Anim 和 Android.Anim.if 这两个线程,这两个线程的基本知识在下面有讲。

这里我们以「应用启动」为例,查看窗口时如何在两个线程之间进行切换(Android P 里面,应用的启动动画由 Launcher 和应用自己的第一帧组成,之前是在 SystemServer 里面的,现在多任务的动画为了性能部分移到了 Launcher 去实现)

首先我们点击图标启动应用的时候,由于 App 还在启动,Launcher 首先启动一个 StartingWindow,等 App 的第一帧绘制好了之后,再切换到 App 的窗口动画

Launcher 动画

此时对应的,App 正在启动

从上图可以看到,应用第一帧已经准备好了,接下来看对应的 SystemServer ,可以看到应用启动第一帧绘制完成后,动画切换到 App 的 Window 动画

Window 动画 ActivityManagerService

AMS 和 WMS 算是 SystemServer 中最繁忙的两个 Service 了,与 AMS 相关的 Trace 一般会用 TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER 这个 TAG,在 Systrace 中的名字是 ActivityManager

下面是启动一个新的进程的时候,AMS 的输出

在进程和四大组件的各种场景一般都会有对应的 Trace 点来记录,比如大家熟悉的 ActivityStart、ActivityResume、activityStop 等,这些 Trace 点有一些在应用进程,有一些在 SystemServer 进程,所以大家在看 Activity 相关的代码逻辑的时候,需要不断在这两个进程之间进行切换,这样才能从一个整体的角度来看应用的状态变化和 SystemServer 在其中起到的作用。

WindowManagerService

与 AMS 相关的 Trace 一般会用 TRACE_TAG_WINDOW_MANAGER 这个 TAG,在 Systrace 中 WindowManagerService 在 SystemServer 中多在 对应的 Binder 中出现,比如下面应用启动的时候,relayoutWindow 的 Trace 输出

在 Window 的各种场景一般都会有对应的 Trace 点来记录,比如大家熟悉的 relayoutWIndow、performLayout、prepareToDisplay 等

Input

Input 是 SystemServer 线程里面非常重要的一部分,主要是由 InputReader 和 InputDispatcher 这两个 Native 线程组成,关于这一部分在 Systrace 基础知识 - Input 解读 里面已经详细讲过,这里就不再详细讲了

imput Binder

SystemServer 由于提供大量的基础服务,所以进程间的通信非常繁忙,且大部分通信都是通过 Binder ,所以 Binder 在 SystemServer 中的作用非常关键,很多时候当后台有大量的 App 存在的时候,SystemServer 就会由于 Binder 通信和锁竞争,导致系统或者 App 卡顿。关于这一部分在 Binder 和锁竞争解读 里面已经详细讲过,这里就不再详细讲了

HandlerThread

BackgroundThread

com/android/internal/os/BackgroundThread.java

private BackgroundThread() {
    super("android.bg", android.os.Process.THREAD_PRIORITY_BACKGROUND);
}

Systrace 中的 BackgroundThread

BackgroundThread 在系统中使用比较多,许多对性能没有要求的任务,一般都会放到 BackgroundThread 中去执行

BackgroundThread

ServiceThread

ServiceThread 继承自 HandlerThread ,下面介绍的几个工作线程都是继承自 ServiceThread ,分别实现不同的功能,根据线程功能不同,其线程优先级也不同:UIThread、IoThread、DisplayThread、AnimationThread、FgThread、SurfaceAnimationThread

每个 Thread 都有自己的 Looper 、Thread 和 MessageQueue,互相不会影响。Android 系统根据功能,会使用不同的 Thread 来完成。

UiThread

com/android/server/UiThread.java

private UiThread() {
    super("android.ui", Process.THREAD_PRIORITY_FOREGROUND, false /*allowIo*/);
}

Systrace 中的 UiThread

UiThread 被使用的地方如下,具体的功能可以自己去源码里面查看,关键字是 UiThread.get()

IoThread

com/android/server/IoThread.java

private IoThread() {
    super("android.io", android.os.Process.THREAD_PRIORITY_DEFAULT, true /*allowIo*/);
}

IoThread 被使用的地方如下,具体的功能可以自己去源码里面查看,关键字是 IoThread.get()

DisplayThread

com/android/server/DisplayThread.java

private DisplayThread() {
    // DisplayThread runs important stuff, but these are not as important as things running in
    // AnimationThread. Thus, set the priority to one lower.
    super("android.display", Process.THREAD_PRIORITY_DISPLAY + 1, false /*allowIo*/);
}

Systrace 中的 DisplayThread

DisplayThread

AnimationThread

com/android/server/AnimationThread.java

private AnimationThread() {
    super("android.anim", THREAD_PRIORITY_DISPLAY, false /*allowIo*/);
}

Systrace 中的 AnimationThread

file:///Users/gaojack/blog/source/images/15808255124784.jpg

AnimationThread 在源码中的使用,可以看到 WindowAnimator 的动画执行也是在 AnimationThread 线程中的,Android P 增加了一个 SurfaceAnimationThread 来分担 AnimationThread 的部分工作,来提高 WindowAnimation 的动画性能

AnimationThread

FgThread

com/android/server/FgThread.java

private FgThread() {
    super("android.fg", android.os.Process.THREAD_PRIORITY_DEFAULT, true /*allowIo*/);
}

Systrace 中的 FgThread

FgThread 在源码中的使用,可以自己搜一下,下面是具体的使用的一个例子

FgThread.getHandler().post(() -> {
    synchronized (mLock) {
        if (mStartedUsers.get(userIdToLockF) != null) {
            Slog.w(TAG, "User was restarted, skipping key eviction");
            return;
        }
    }
    try {
        mInjector.getStorageManager().lockUserKey(userIdToLockF);
    } catch (RemoteException re) {
        throw re.rethrowAsRuntimeException();
    }
    if (userIdToLockF == userId) {
        for (final KeyEvictedCallback callback : keyEvictedCallbacks) {
            callback.keyEvicted(userId);
        }
    }
});

SurfaceAnimationThread

com/android/server/wm/SurfaceAnimationThread.java
private SurfaceAnimationThread() {
    super("android.anim.lf", THREAD_PRIORITY_DISPLAY, false /*allowIo*/);
}

Systrace 中的 SurfaceAnimationThread

SurfaceAnimationThread 的名字叫 android.anim.lf , 与 android.anim 有区别,

这个 Thread 主要是执行窗口动画,用于分担 android.anim 线程的一部分动画工作,减少由于锁导致的窗口动画卡顿问题,具体的内容可以看这篇文章:Android P——LockFreeAnimation

SurfaceAnimationRunner(@Nullable AnimationFrameCallbackProvider callbackProvider,
        AnimatorFactory animatorFactory, Transaction frameTransaction,
        PowerManagerInternal powerManagerInternal) {
    SurfaceAnimationThread.getHandler().runWithScissors(() -> mChoreographer = getSfInstance(),
            0 /* timeout */);
    mFrameTransaction = frameTransaction;
    mAnimationHandler = new AnimationHandler();
    mAnimationHandler.setProvider(callbackProvider != null
            ? callbackProvider
            : new SfVsyncFrameCallbackProvider(mChoreographer));
    mAnimatorFactory = animatorFactory != null
            ? animatorFactory
            : SfValueAnimator::new;
    mPowerManagerInternal = powerManagerInternal;
}

https://mp.weixin.qq.com/s/03JaC_Cx0XmTqbwVIwOVzw

Android Systrace 基础知识(7) - Vsync 解读

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Android Systrace 基础知识(6) - Input 解读

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Android Systrace 基础知识(4) - SystemServer 解读

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Android Systrace 基础知识(3) - Why 60 fps ?

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Android Systrace 基础知识 -- Systrace 简介

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