Android 輸入系統介紹

来源:https://www.cnblogs.com/zhiqinlin/archive/2023/11/24/17854238.html
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最近接觸到了一個問題:耳機插入事件的由來,走讀了下IMS輸入系統服務的源碼。同時,IMS輸入系統服務在Android的開發過程中,也經常出現,有必要瞭解下相關原理。 ...


目錄

一、目的

        最近接觸到了一個問題:耳機插入事件的由來,走讀了下IMS輸入系統服務的源碼。同時,IMS輸入系統服務在Android的開發過程中,也經常出現,有必要瞭解下相關原理。

  1. 學習下IMS輸入系統的源碼設計,瞭解該模塊承擔的業務職責,熟悉Android結構
  2. 瞭解Android屏幕點擊事件、物理按鍵事件的分發規則

二、環境

  1. 版本:Android 11
  2. 平臺:高通 QCM2290

三、相關概念

3.1 輸入設備

        常見的輸入設備有滑鼠、鍵盤、觸摸屏等,用戶通過輸入設備與系統進行交互。

3.2 UEVENT機制

        "uevent" 是 Linux 系統中的一種事件通知機制,用於向用戶空間發送有關內核和設備狀態變化的通知。這種機制通常用於設備驅動程式、熱插拔事件以及設備狀態變化等場景,以便用戶空間應用程式能夠在這些事件發生時做出相應的響應。

3.3 JNI

        JNI,全稱Java Native Interface,是Java編程語言的一種編程框架,用於實現Java代碼與其他編程語言(如C、C++)進行交互的介面。JNI允許Java程式調用原生代碼(native code),即由其他編程語言編寫的代碼,並且允許原生代碼調用Java代碼。通過JNI,Java程式可以訪問底層系統功能、使用硬體設備、調用第三方庫等。

3.4 EPOLL機制

        監聽多個描述符的可讀/可寫狀態。等待返回時攜帶了可讀的描述符

3.5 INotify

        Linux 內核所提供的一種文件系統變化通知機制。可以監控文件系統的變化,如文件新建、刪除、讀寫等

四、詳細設計

通過屏幕的觸摸事件,來分析IMS系統,相關如下

4.1 結構圖

4.2 代碼結構

層級 模塊 描述 源碼 編譯產物
Framework InputManagerService xxx frameworks/base/services/core/java/ out/target/product/qssi/system/framework/services.jar
Native NativeInputManager xxx frameworks/base/services/core/jni/ out/target/product/qssi/system/lib64/libandroid_servers.so
Native Inputflinger xxx frameworks/native/services/inputflinger/ out/target/product/qssi/system/lib64/libinputflinger.so
Native Inputreader xxx frameworks/native/services/inputflinger/reader out/target/product/qssi/system/lib64/libinputreader.so
Native Inputdispatcher xxx frameworks/native/services/inputflinger/dispatcher/ (靜態庫)out/soong/.intermediates/frameworks/native/services/inputflinger/dispatcher/libinputdispatcher/android_arm64_armv8-a_static/libinputdispatcher.a
Native NativeInputEventReceiver xxx frameworks/base/core/jni/ out/target/product/qssi/system/lib64/libandroid_runtime
Native InputChannel xxx frameworks/native/libs/input/ out/target/product/qssi/system/lib64/libinput.so

4.3 InputManagerService模塊

        InputManagerService是Android框架層一個非核心服務,主要是提供一個IMS輸入系統啟動的入口,同時對應用層提供業務相關介面。

4.3.1 IMS服務入口

        Android設備開機後,會啟動system_server進程,InputManagerService服務(以下簡稱IMS)在該進程被喚起。

@frameworks\base\services\java\com\android\server\SystemServer.java
private void startOtherServices(@NonNull TimingsTraceAndSlog t) {
    ...
    t.traceBegin("StartInputManagerService");
    inputManager = new InputManagerService(context);//新建IMS實例
    t.traceEnd();
    ...
    t.traceBegin("StartInputManager");
    inputManager.setWindowManagerCallbacks(wm.getInputManagerCallback());//設置窗體事件監聽
    inputManager.start();//啟動IMS服務
    t.traceEnd();
    ...
}

4.3.2 IMS初始化

        此處做一些IMS相關的初始化操作,會調用nativeInit方法,獲取一個NativeInputManager對象,類似於一個句柄。

@frameworks\base\services\core\java\com\android\server\input\InputManagerService.java
private static native long nativeInit(InputManagerService service,
        Context context, MessageQueue messageQueue);
public InputManagerService(Context context) {
    ...
    mStaticAssociations = loadStaticInputPortAssociations();
    mUseDevInputEventForAudioJack =
            context.getResources().getBoolean(R.bool.config_useDevInputEventForAudioJack);
    Slog.i(TAG, "Initializing input manager, mUseDevInputEventForAudioJack="
            + mUseDevInputEventForAudioJack);
    mPtr = nativeInit(this, mContext, mHandler.getLooper().getQueue());
    ...
}

4.3.3 IMS啟動

        InputManagerService通過start方法啟動,會調用nativeStart方法,該方法為Native方法

@frameworks\base\services\core\java\com\android\server\input\InputManagerService.java
private static native void nativeStart(long ptr);
public void start() {
    Slog.i(TAG, "Starting input manager");
    nativeStart(mPtr);

    // Add ourself to the Watchdog monitors.
    Watchdog.getInstance().addMonitor(this);
    ...
}

4.3.4 IMS消息監聽

        該方法為Native的回調方法,用於上報IMS事件,如耳機插入事件等。

@frameworks\base\services\core\java\com\android\server\input\InputManagerService.java
// Native callback.
private void notifySwitch(long whenNanos, int switchValues, int switchMask) {
    ...
    if ((switchMask & SW_LID_BIT) != 0) {
        final boolean lidOpen = ((switchValues & SW_LID_BIT) == 0);
        mWindowManagerCallbacks.notifyLidSwitchChanged(whenNanos, lidOpen);
    }

    if ((switchMask & SW_CAMERA_LENS_COVER_BIT) != 0) {
        final boolean lensCovered = ((switchValues & SW_CAMERA_LENS_COVER_BIT) != 0);
        mWindowManagerCallbacks.notifyCameraLensCoverSwitchChanged(whenNanos, lensCovered);
    }

    if (mUseDevInputEventForAudioJack && (switchMask & SW_JACK_BITS) != 0) {
        mWiredAccessoryCallbacks.notifyWiredAccessoryChanged(whenNanos, switchValues,
                    switchMask);
    }
    ...
}

4.4 NativeInputManager模塊

        該模塊為JNI模塊,主要處理Java方法與c++方法映射關係,即IMS服務與InputFlinger模塊的通信橋梁。

4.4.1 nativeInit初始化

(1)新建一個NativeInputManager對象,並將該對象返回給java層

@\frameworks\base\services\core\jni\com_android_server_input_InputManagerService.cpp
static jlong nativeInit(JNIEnv* env, jclass /* clazz */,
        jobject serviceObj, jobject contextObj, jobject messageQueueObj) {
    sp<MessageQueue> messageQueue = android_os_MessageQueue_getMessageQueue(env, messageQueueObj);
    ...
    NativeInputManager* im = new NativeInputManager(contextObj, serviceObj,
            messageQueue->getLooper());
    im->incStrong(0);
    return reinterpret_cast<jlong>(im);
}

(2)創建InputManager管理類,主要用於管理Input事件分發、事件讀取行為

@\frameworks\base\services\core\jni\com_android_server_input_InputManagerService.cpp
NativeInputManager::NativeInputManager(jobject contextObj,
        jobject serviceObj, const sp<Looper>& looper) :
        mLooper(looper), mInteractive(true) {
    JNIEnv* env = jniEnv();
    ...
    mInputManager = new InputManager(this, this);
    defaultServiceManager()->addService(String16("inputflinger"),
            mInputManager, false);
}

4.4.2 nativeStart啟動

獲取上一個階段創建NativeInputManager對象,並引用start啟動該模塊

@\frameworks\base\services\core\jni\com_android_server_input_InputManagerService.cpp
static void nativeStart(JNIEnv* env, jclass /* clazz */, jlong ptr) {
    NativeInputManager* im = reinterpret_cast<NativeInputManager*>(ptr);
    status_t result = im->getInputManager()->start();
    if (result) {
        jniThrowRuntimeException(env, "Input manager could not be started.");
    }
}

4.5 Inputflinger模塊

input事件的管理類,數據傳遞類,也是輸入系統native層核心的模塊。
ps: 根據字典里的定義,flinger是指出軌的人。在SurfaceFlinger的例子中,它把可視數據扔給surface AudioFlinger把音頻數據扔給適當的接收者。它們只是“可愛”的詞…

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