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图像显示框架五——SurfaceFlinger的启动流程（基于Android 15源码分析）

news 2025/11/6 13:55:22

1.前言

前面介绍了Native应用层如何与SurfaceFlinger进行通信的，但是我们还要了解SurfaceFlinger如何启动起来的，以及一些初始化处理，本文是基于Android 15源码以及Android 15设备进行分析的

本篇涉及的代码位置： /frameworks/native/services/surfaceflinger/

2.SurfaceFlinger的启动与初始化

SurfaceFlinger是一个Binder系统服务，Android设备开机系统启动的时候就会带起SurfaceFlinger服务进程并完成一系列初始化操作

SurfaceFlinger是被编译成一个可执行的二进制档案：surfaceflinger，放在system/bin下面，可以在设备中查询到，如下：

SurfaceFlinger的编译文件Android.bp，如下：

cc_binary {name: "surfaceflinger",defaults: ["libsurfaceflinger_binary","libqtisurfaceflingerextension_defaults",],init_rc: ["surfaceflinger.rc"],srcs: [":surfaceflinger_binary_sources",// Note: SurfaceFlingerFactory is not in the filegroup so that it// can be easily replaced."SurfaceFlingerFactory.cpp",],shared_libs: ["libSurfaceFlingerProp",],static_libs: ["libqticompositionengineextension","libqtisurfaceflingerextension",],logtags: ["EventLog/EventLogTags.logtags"],
}

上述可以看出来SurfaceFlinger服务启动过程是有init解析rc文件开始的，然后我们看一下surfaceflinger.rc文件的内容，如下是添加注解过后的内容

# SurfaceFlinger 的 init 服务配置文件
# 位置：通常位于 /system/etc/init/surfaceflinger.rc 或 /vendor/etc/init/surfaceflinger.rc# 定义了一个名为 "surfaceflinger" 的系统服务
service surfaceflinger /system/bin/surfaceflinger# 指定服务类别：属于 "core" 和 "animation" 类# - "core" 类：在启动早期启动的基本系统服务# - "animation" 类：与图形动画相关的服务class core animation# 指定运行身份：以 "system" 用户身份运行# 这是 Android 系统中权限较高的系统用户user system# 指定附加用户组：授予服务额外的权限# - graphics: 图形系统操作权限# - drmrpc: Direct Rendering Manager 远程过程调用权限# - readproc: 读取系统进程信息权限group graphics drmrpc readproc# 授予 Linux 能力：SYS_NICE 能力允许调整进程调度优先级# 这对于实时图形渲染至关重要，可以优先获得 CPU 时间片capabilities SYS_NICE# 重启行为：当 surfaceflinger 重启时，仅在其正在运行时才重启 zygote# 这是关键的安全措施，防止 zygote 被意外重启# zygote 是 Android 应用进程的孵化器，其稳定性至关重要onrestart restart --only-if-running zygote# 任务性能配置：设置为高性能配置文件# 这将调整 CPU 调度器、电源管理等参数，确保图形性能task_profiles HighPerformance# 创建 Unix 域套接字：用于 PDX (Google 的 VR/AR 平台) 显示客户端通信# 权限：0666，用户：system，组：graphics，SELinux 上下文：pdx_display_client_endpoint_socketsocket pdx/system/vr/display/client     stream 0666 system graphics u:object_r:pdx_display_client_endpoint_socket:s0# 创建 Unix 域套接字：用于 PDX 显示管理通信socket pdx/system/vr/display/manager    stream 0666 system graphics u:object_r:pdx_display_manager_endpoint_socket:s0# 创建 Unix 域套接字：用于 PDX 垂直同步事件通信socket pdx/system/vr/display/vsync      stream 0666 system graphics u:object_r:pdx_display_vsync_endpoint_socket:s0

如上可以看出来设备在开机启动时，init进程解析surfaceflinger.rc，然后注册surfaceflinger服务，执行system/bin/surfaceflinger，从而启动了SurfaceFlinger服务进程

如下指令可以看到SurfaceFlinger服务是在运行中

ps -A | grep surfaceflinger
system         481     1   80864  13700 0                   0 S surfaceflinger

然后来看SurfaceFlinger的函数入口，在main_surfaceflinger.cpp的main方法中，如下是精简版

int main(int, char**) {signal(SIGPIPE, SIG_IGN);// 基础服务启动startGraphicsAllocatorService();ProcessState::self()->setThreadPoolMaxThreadCount(4);// 核心实例创建和初始化sp<SurfaceFlinger> flinger = surfaceflinger::createSurfaceFlinger();setpriority(PRIO_PROCESS, 0, PRIORITY_URGENT_DISPLAY);flinger->init();// 服务注册sp<IServiceManager> sm(defaultServiceManager());sm->addService(String16(SurfaceFlinger::getServiceName()), flinger);sm->addService(String16("SurfaceFlingerAIDL"), sp<SurfaceComposerAIDL>::make(flinger));// 进入主循环flinger->run();return 0;
}

如上进行总结：

1. 创建SurfaceFlinger对象，触发执行 SurfaceFlinger::onFirstRef()

2. 调用SurfaceFlinger::init()进行初始化

3. 注册服务到ServiceManager(名字是"SurfaceFlingerAIDL")

ps： SurfaceFlinger 注册的两个不同的 Binder 服务接口

4. 调用SurfaceFlinger::run()

在设备上执行service list命令就可以看到注册的服务， SurfaceFlinger 注册的两个不同的 Binder 服务接口，这体现了 Android 图形系统的架构演进和向后兼容设计。

service list | grep Surface
1 SurfaceFlinger: [android.ui.ISurfaceComposer]
2 SurfaceFlingerAIDL: [android.gui.ISurfaceComposer]

SurfaceFlinger类的头文件，如下是添加注释后的内容

/frameworks/native/services/surfaceflinger/SurfaceFlinger.h

class SurfaceFlinger : public BnSurfaceComposer,       // ① Binder服务端桩public PriorityDumper,          // ② 优先级调试工具private IBinder::DeathRecipient, // ③ 死亡监听器private HWC2::ComposerCallback, // ④ 硬件合成器回调private ICompositor,            // ⑤ 合成器接口 (内部)private scheduler::ISchedulerCallback, // ⑥ 调度器回调private compositionengine::ICEPowerCallback { // ⑦ 合成引擎功耗回调

总结如上内容：

继承的类/接口	角色	主要交互对象	关键职责
`BnSurfaceComposer`	Binder 服务桩	应用、SystemServer	处理 IPC 请求，提供图形服务
`PriorityDumper`	调试接口	`dumpsys`工具	输出系统状态和调试信息
`IBinder::DeathRecipient`	死亡监听器	客户端进程	清理已终止进程的资源
`HWC2::ComposerCallback`	HWC 回调	硬件合成器 (HAL)	处理热插拔、VSync 事件
`ICompositor`	内部合成接口	内部合成模块	执行合成操作
`ISchedulerCallback`	调度回调	VSync 调度器	协调帧渲染节奏和策略
`ICEPowerCallback`	功耗回调	合成引擎	参与功耗管理策略

这行头文件定义完美概括了 SurfaceFlinger的核心使命：它是一个多面手，是 Android 图形栈的中央协调器。

它作为 Binder 服务 接收来自系统各处的请求。
它通过 HWC 回调 与底层硬件紧密对话，响应显示事件。
它通过 调度器回调 协调全局的渲染节奏。
它通过 功耗回调 参与系统的省电策略。
它通过 死亡监听 确保系统的健壮性。
它通过 调试接口 提供可见性，方便问题排查。

这种设计使得 SurfaceFlinger 能够高效地管理所有图形层的生命周期、协调与硬件的交互、调度帧的合成与显示，并最终将像素推送到屏幕上。

创建SurfaceFlinger实例对象

调用surfaceflinger::createSurfaceFlinger()来创建SurfaceFlinger实例，如下是SurfaceFlingerFactory.h文件

/** Copyright 2018 The Android Open Source Project** Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");* you may not use this file except in compliance with the License.* You may obtain a copy of the License at**      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0** Unless required by applicable law or agreed to in writing, software* distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,* WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.* See the License for the specific language governing permissions and* limitations under the License.*/#pragma once // 防止头文件被多次包含#include <cinttypes>      // 提供整数类型定义
#include <functional>     // 提供函数对象支持
#include <memory>         // 提供智能指针支持
#include <string>         // 提供字符串操作支持#include <cutils/compiler.h> // Android编译器特性支持
#include <utils/StrongPointer.h> // Android强指针支持#include <scheduler/Fps.h> // 帧率相关定义namespace android {// 前向声明，减少头文件依赖，提高编译效率
typedef int32_t PixelFormat; // 像素格式类型定义class BufferLayerConsumer;   // 缓冲区图层消费者
class DisplayDevice;         // 显示设备
class FrameTracer;           // 帧追踪器
class GraphicBuffer;         // 图形缓冲区
class HWComposer;            // 硬件合成器
class IGraphicBufferConsumer; // 图形缓冲区消费者接口
class IGraphicBufferProducer; // 图形缓冲区生产者接口
class Layer;                 // 图层基类
class LayerFE;               // 图层前端（Front End）
class SurfaceFlinger;        // SurfaceFlinger主类
class TimeStats;             // 时间统计struct DisplayDeviceCreationArgs; // 显示设备创建参数namespace compositionengine {
class CompositionEngine;     // 合成引擎
} // namespace compositionenginenamespace scheduler {
class VsyncConfiguration;    // VSync配置
class VsyncController;       // VSync控制器
} // namespace schedulernamespace frametimeline {
class FrameTimeline;         // 帧时间线
} // namespace frametimelinenamespace surfaceflinger {struct LayerCreationArgs;    // 图层创建参数
class NativeWindowSurface;   // 本地窗口表面/*** @brief SurfaceFlinger 组件工厂接口* * 这是一个抽象工厂模式实现，定义了创建SurfaceFlinger所有核心组件的接口。* 主要目的：* 1. 解耦组件创建和使用* 2. 允许OEM厂商定制特定组件实现* 3. 提供单元测试的mock支持* 4. 简化依赖注入* * 在Android启动过程中，SurfaceFlinger会使用这个工厂创建所有需要的组件。* OEM厂商可以通过实现这个接口来提供硬件特定的优化实现。*/
class Factory {
public:/*** @brief 创建硬件合成器(HWC)实例* @param serviceName HWC服务名称（如"default"或厂商特定名称）* @return 唯一指针指向HWComposer实例* * HWComposer负责与硬件合成器HAL层交互，管理显示硬件资源。* 不同的硬件平台可能有不同的HWC实现。*/virtual std::unique_ptr<HWComposer> createHWComposer(const std::string& serviceName) = 0;/*** @brief 创建VSync配置实例* @param currentRefreshRate 当前刷新率，用于计算VSync相关参数* @return 唯一指针指向VsyncConfiguration实例* * Vsync配置管理VSync事件的偏移、周期和相位等参数，* 用于优化显示流水线和减少延迟。*/virtual std::unique_ptr<scheduler::VsyncConfiguration> createVsyncConfiguration(Fps currentRefreshRate) = 0;/*** @brief 创建显示设备实例* @param args 显示设备创建参数（类型、尺寸、连接状态等）* @return 强指针指向DisplayDevice实例* * DisplayDevice代表一个物理或虚拟显示设备（如内置屏幕、HDMI、WiFi显示等），* 管理显示的属性和状态。*/virtual sp<DisplayDevice> createDisplayDevice(DisplayDeviceCreationArgs& args) = 0;/*** @brief 创建图形缓冲区* @param width 缓冲区宽度（像素）* @param height 缓冲区高度（像素）* @param format 像素格式（如RGBA_8888）* @param layerCount 图层数量（用于层级缓冲区）* @param usage 使用标志位（CPU读/写、GPU读/写等）* @param requestorName 请求者名称（用于调试和内存跟踪）* @return 强指针指向GraphicBuffer实例* * GraphicBuffer是图形内存的核心抽象，封装了gralloc内存分配。* 用于存储图层内容和渲染输出。*/virtual sp<GraphicBuffer> createGraphicBuffer(uint32_t width, uint32_t height,PixelFormat format, uint32_t layerCount,uint64_t usage, std::string requestorName) = 0;/*** @brief 创建缓冲区队列（生产者-消费者对）* @param outProducer 输出参数：图形缓冲区生产者* @param outConsumer 输出参数：图形缓冲区消费者* @param consumerIsSurfaceFlinger 标识消费者是否是SurfaceFlinger本身* * 缓冲区队列是Android图形系统的核心IPC机制，实现了生产者-消费者模式。* 应用作为生产者填充缓冲区，SurfaceFlinger作为消费者合成缓冲区。*/virtual void createBufferQueue(sp<IGraphicBufferProducer>* outProducer,sp<IGraphicBufferConsumer>* outConsumer,bool consumerIsSurfaceFlinger) = 0;/*** @brief 创建本地窗口表面* @param producer 图形缓冲区生产者接口* @return 唯一指针指向NativeWindowSurface实例* * NativeWindowSurface是SurfaceFlinger与本地窗口系统之间的桥梁，* 负责管理渲染表面和缓冲区交换。*/virtual std::unique_ptr<surfaceflinger::NativeWindowSurface> createNativeWindowSurface(const sp<IGraphicBufferProducer>& producer) = 0;/*** @brief 创建合成引擎* @return 唯一指针指向CompositionEngine实例* * CompositionEngine负责实际的图层合成操作，支持多种合成策略：* 1. 硬件合成（通过HWC）* 2. GPU合成（通过OpenGL ES）* 3. 混合合成（部分图层硬件合成，部分GPU合成）*/virtual std::unique_ptr<compositionengine::CompositionEngine> createCompositionEngine() = 0;/*** @brief 创建缓冲区状态图层* @param args 图层创建参数（名称、父图层、标志位等）* @return 强指针指向Layer实例* * BufferStateLayer用于管理具有复杂状态（如变换、透明度、动画）的图层，* 是现代Android图形系统的主要图层类型。*/virtual sp<Layer> createBufferStateLayer(const LayerCreationArgs& args) = 0;/*** @brief 创建特效图层* @param args 图层创建参数* @return 强指针指向Layer实例* * EffectLayer用于实现视觉特效，如模糊、颜色调整、遮罩等。* 通常由SurfaceFlinger内部使用，而不是由应用直接创建。*/virtual sp<Layer> createEffectLayer(const LayerCreationArgs& args) = 0;/*** @brief 创建图层前端（Front End）* @param layerName 图层名称（用于调试和标识）* @param owner 拥有此LayerFE的Layer实例* @return 强指针指向LayerFE实例* * LayerFE（Layer Front End）是图层在合成前端的表示，* 负责维护图层的视觉状态和合成属性，与Layer后端协同工作。*/virtual sp<LayerFE> createLayerFE(const std::string& layerName, const Layer* owner) = 0;/*** @brief 创建帧追踪器* @return 唯一指针指向FrameTracer实例* * FrameTracer用于跟踪和记录帧的生命周期事件（开始、结束、延迟等），* 提供性能分析和调试能力。*/virtual std::unique_ptr<FrameTracer> createFrameTracer() = 0;/*** @brief 创建帧时间线* @param timeStats 时间统计实例，用于记录性能数据* @param surfaceFlingerPid SurfaceFlinger进程ID* @return 唯一指针指向FrameTimeline实例* * FrameTimeline提供精确的帧时间信息，用于：* 1. 帧率控制和稳定性优化* 2. 掉帧检测和分析* 3. 性能指标收集和报告*/virtual std::unique_ptr<frametimeline::FrameTimeline> createFrameTimeline(std::shared_ptr<TimeStats> timeStats, pid_t surfaceFlingerPid) = 0;protected:/*** @brief 保护析构函数，确保只能通过指针正确销毁* * 工厂类通常通过基类指针被引用，需要虚析构函数确保正确清理资源。* 保护访问权限防止直接实例化，鼓励通过智能指针管理。*/~Factory() = default;
};/*** @brief 创建SurfaceFlinger实例的全局工厂函数* @return 强指针指向SurfaceFlinger实例* * 这是SurfaceFlinger主实例的入口点，执行以下操作：* 1. 创建默认或自定义的Factory实现* 2. 使用工厂创建SurfaceFlinger实例* 3. 初始化所有必要的组件* * ANDROID_API宏确保符号在Android SDK中正确导出。*/
ANDROID_API sp<SurfaceFlinger> createSurfaceFlinger();} // namespace surfaceflinger
} // namespace android

可以看出来Factory中有很多create方法，再看下创建SurfaceFlinger的具体实现，在SurfaceFlingerFactory.cpp中

sp<SurfaceFlinger> createSurfaceFlinger() {static DefaultFactory factory;return sp<SurfaceFlinger>::make(factory);
}

上述内容可以看出来在构建SurfaceFlinger过程中传递了一个factory，这个factory里面实现了其他的create方法，在SurfaceFlingerDefaultFactory.cpp中，这里就不具体解析了

如下是关系图

┌─────────────────┐ ┌──────────────────┐ ┌─────────────────────┐
│ Factory │ │ DefaultFactory │ │ SurfaceFlinger │
│ (抽象基类) │◄───────│ (具体实现类) │ │ (客户端类) │
│ │ 继承 │ │ │ - mFactory: Factory&│
│ │ │ │ │ + getFactory(): Factory&│
└─────────────────┘ └──────────────────┘ └─────────────────────┘
▲ │
│ │ 包含引用
└────────────────────────────────────────────────────┘
mFactory (实际指向 DefaultFactory)

SurfaceFlinger构造函数，内容很多，截取一部分

SurfaceFlinger::SurfaceFlinger(Factory& factory, SkipInitializationTag): mFactory(factory),mPid(getpid()),mTimeStats(std::make_shared<impl::TimeStats>()),mFrameTracer(mFactory.createFrameTracer()),mFrameTimeline(mFactory.createFrameTimeline(mTimeStats, mPid)),mCompositionEngine(mFactory.createCompositionEngine()),mHwcServiceName(base::GetProperty("debug.sf.hwc_service_name"s, "default"s)),mTunnelModeEnabledReporter(sp<TunnelModeEnabledReporter>::make()),mEmulatedDisplayDensity(getDensityFromProperty("qemu.sf.lcd_density", false)),mInternalDisplayDensity(getDensityFromProperty("ro.sf.lcd_density", !mEmulatedDisplayDensity)),mPowerAdvisor(std::make_unique<Hwc2::impl::PowerAdvisor>(*this)),mWindowInfosListenerInvoker(sp<WindowInfosListenerInvoker>::make()),mSkipPowerOnForQuiescent(base::GetBoolProperty("ro.boot.quiescent"s, false)) {ALOGI("Using HWComposer service: %s", mHwcServiceName.c_str());
}SurfaceFlinger::SurfaceFlinger(Factory& factory) : SurfaceFlinger(factory, SkipInitialization) {ATRACE_CALL();ALOGI("SurfaceFlinger is starting");hasSyncFramework = running_without_sync_framework(true);dispSyncPresentTimeOffset = present_time_offset_from_vsync_ns(0);useHwcForRgbToYuv = force_hwc_copy_for_virtual_displays(false);maxFrameBufferAcquiredBuffers = max_frame_buffer_acquired_buffers(2);minAcquiredBuffers =SurfaceFlingerProperties::min_acquired_buffers().value_or(minAcquiredBuffers);maxGraphicsWidth = std::max(max_graphics_width(0), 0);maxGraphicsHeight = std::max(max_graphics_height(0), 0);mSupportsWideColor = has_wide_color_display(false);mDefaultCompositionDataspace =static_cast<ui::Dataspace>(default_composition_dataspace(Dataspace::V0_SRGB));mWideColorGamutCompositionDataspace = static_cast<ui::Dataspace>(wcg_composition_dataspace(mSupportsWideColor ? Dataspace::DISPLAY_P3 : Dataspace::V0_SRGB));

SurfaceFlinger 构造函数分为两个部分：