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本書(shū)主要介紹Android圖形顯示系統(tǒng)。首先介紹圖形顯示系統(tǒng)的框架；然后在對(duì)圖形顯示系統(tǒng)有一個(gè)整體認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹每個(gè)圖形組件的工作原理；最后介紹輸入，輸入與顯示結(jié)合在一起才能實(shí)現(xiàn)用戶(hù)與計(jì)算機(jī)的交互。
全書(shū)共分7章。第1章介紹圖形顯示系統(tǒng)的框架；第2章介紹圖形顯示系統(tǒng)涉及的進(jìn)程間通信方式；第3章介紹硬件抽象層的圖形組件；第4章介紹圖形流消費(fèi)者處理圖形緩沖的流程；第5章介紹窗口位置管理服務(wù)的內(nèi)容；第6章介紹圖形流的生產(chǎn)過(guò)程；第7章介紹輸入。
本書(shū)適合作為高等院校計(jì)算機(jī)、軟件工程及相關(guān)專(zhuān)業(yè)本科生、研究生的參考資料，也可供有Android基礎(chǔ)的軟件開(kāi)發(fā)者參考。

本書(shū)從框架和流程兩個(gè)角度介紹圖形顯示系統(tǒng)，配合示例和全彩圖解輔助讀者學(xué)習(xí)。

圖形顯示系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)的普及過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。早期的計(jì)算機(jī)只能通過(guò)命令行的方式進(jìn)行交互，需要用戶(hù)熟悉各種命令，這對(duì)于普通用戶(hù)而言難度比較大。后來(lái)出現(xiàn)了支持圖形顯示系統(tǒng)的操作系統(tǒng)，用戶(hù)與計(jì)算機(jī)之間通過(guò)圖形的方式進(jìn)行交互，大大降低用戶(hù)使用計(jì)算機(jī)的難度，使得普通用戶(hù)也可以用計(jì)算機(jī)完成特定任務(wù)，如玩游戲、看電影等。在以圖形方式交互的系統(tǒng)中，軟件開(kāi)發(fā)者需要為應(yīng)用開(kāi)發(fā)各種圖形界面，掌握?qǐng)D形顯示系統(tǒng)更容易優(yōu)化圖形界面的交互體驗(yàn)。
圖形顯示系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及的模塊比較多，而且很多模塊偏底層，通過(guò)閱讀代碼很難掌握其中的知識(shí)點(diǎn)。筆者主要從事Android系統(tǒng)方面的開(kāi)發(fā)工作，在工作中常常遇到與顯示相關(guān)的問(wèn)題，為了更好地處理這些問(wèn)題，對(duì)Android的圖形顯示系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研究、摸索才有了一定程度的理解。為了使讀者能更輕松、容易地了解圖形顯示系統(tǒng)方面的知識(shí)，筆者把相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)整理出來(lái)，編寫(xiě)了本書(shū)。
本書(shū)從框架和流程兩個(gè)角度對(duì)圖形顯示系統(tǒng)進(jìn)行介紹。從框架開(kāi)始認(rèn)識(shí)圖形顯示系統(tǒng)的全貌，在此基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)框架中各個(gè)圖形組件的工作流程。由于流程比較多，本書(shū)只對(duì)關(guān)鍵的流程進(jìn)行重點(diǎn)介紹。為了幫助讀者更容易地理解其中的知識(shí)點(diǎn)，筆者會(huì)結(jié)合簡(jiǎn)單的示例逐步展開(kāi)介紹，分析示例背后的工作流程，同時(shí)配有大量的圖例。
本書(shū)共分為7章，各章的主要內(nèi)容如下。
第1章，從整體上認(rèn)識(shí)圖形顯示系統(tǒng)的框架，了解圖形顯示系統(tǒng)需要掌握哪些內(nèi)容。
第2章，介紹圖形顯示系統(tǒng)涉及的3種進(jìn)程間通信方式，分別為Binder、共享內(nèi)存和套接字。本章是學(xué)習(xí)圖形顯示系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
第3章，介紹硬件抽象層的圖形組件的功能及其工作流程。
第4章，介紹圖形流消費(fèi)者的工作原理，主要介紹將多個(gè)圖形緩沖合成到幀緩沖的過(guò)程。
第5章，介紹窗口位置管理服務(wù)的內(nèi)容，包括如何創(chuàng)建和管理窗口。
第6章，介紹圖形流生產(chǎn)者的工作原理，主要介紹2D圖形、3D圖形的生產(chǎn)和顯示過(guò)程。
第7章，介紹圖形窗口響應(yīng)輸入事件及輸入法輸入文字的流程。

本書(shū)之所以選擇Android系統(tǒng)，是因?yàn)樗悄壳爸悄苁謾C(jī)主流的操作系統(tǒng)，并且是開(kāi)源的，其源碼便于研究。本書(shū)基于Android 9基線(xiàn)，因此讀者在閱讀本書(shū)時(shí)需要下載AOSP（Android Open Source Project）源碼，還需要準(zhǔn)備一臺(tái)裝有Ubuntu系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，用于對(duì)源碼進(jìn)行編譯，編譯之后在模擬器上運(yùn)行，方便對(duì)底層的源碼進(jìn)行跟蹤學(xué)習(xí)。為了更好地理解本書(shū)的內(nèi)容，讀者需要先了解Android的基本概念，掌握C、C 和Java等編程語(yǔ)言的基本語(yǔ)法。
全書(shū)由李先儒編寫(xiě)，在編寫(xiě)過(guò)程中得到梁云俠的大力支持，在此表示衷心的感謝。
本書(shū)的內(nèi)容基于筆者個(gè)人的理解寫(xiě)就，且筆者水平有限，書(shū)中難免會(huì)有不當(dāng)之處，歡迎廣大同行和讀者批評(píng)指正。

李先儒
2023年8月

第1章 緒論/1
1.1 簡(jiǎn)介/1
1.2 圖形顯示系統(tǒng)框架/1
第2章 進(jìn)程間通信/4
2.1 簡(jiǎn)介/4
2.1.1 定義/4
2.1.2 必要性/5
2.1.3 實(shí)現(xiàn)方法/6
2.2 Binder/7
2.2.1 示例/7
2.2.2 框架/8
2.2.3 Binder驅(qū)動(dòng)/9
2.2.4 服務(wù)管理進(jìn)程/12
2.2.5 服務(wù)進(jìn)程/17
2.2.6 客戶(hù)進(jìn)程/29
2.2.7 示例回顧/31
2.2.8 線(xiàn)程池/32
2.2.9 Java Binder/34
2.2.10 文件描述符/35
2.2.11 通信模式/36
2.2.12 使用場(chǎng)合/37
2.3 共享內(nèi)存/38
2.3.1 簡(jiǎn)介/38
2.3.2 實(shí)現(xiàn)方法/38
2.3.3 使用場(chǎng)合/39
2.4 套接字/39
2.4.1 簡(jiǎn)介/39
2.4.2 使用場(chǎng)合/40
2.5 本章小結(jié)/40
第3章 圖形硬件/41
3.1 硬件抽象層/41
3.1.1 作用/41
3.1.2 接口定義/41
3.1.3 使用示例/42
3.2 硬件抽象層接口定義語(yǔ)言/45
3.2.1 背景/45
3.2.2 使用方法/46
3.2.3 進(jìn)程間通信方式/48
3.3 Gralloc/48
3.3.1 簡(jiǎn)介/48
3.3.2 接口定義/49
3.3.3 分配圖形緩沖流程/50
3.3.4 圖形緩沖/51
3.4 Hardware Composer/53
3.4.1 簡(jiǎn)介/53
3.4.2 接口定義/53
3.4.3 硬件混合渲染器合成/56
3.4.4 圖形庫(kù)合成/60
3.5 本章小結(jié)/61
第4章 圖形流消費(fèi)者/62
4.1 簡(jiǎn)介/62
4.1.1 SurfaceFlinger初始化/62
4.1.2 客戶(hù)進(jìn)程與SurfaceFlinger交互/63
4.1.3 SurfaceFlinger與硬件抽象層交互/64
4.2 圖層/64
4.2.1 創(chuàng)建圖層/64
4.2.2 緩沖圖層/67
4.2.3 圖形的生產(chǎn)與消費(fèi)/69
4.3 VSync/72
4.3.1 簡(jiǎn)介/72
4.3.2 作用/73
4.3.3 基本流程/74
4.4 圖形合成/79
4.4.1 合成原理/79
4.4.2 紋理/80
4.4.3 混合/84
4.4.4 渲染引擎/84
4.4.5 合成流程/87
4.5 本章小結(jié)/91
第5章 窗口位置管理/92
5.1 簡(jiǎn)介/92
5.1.1 WMS/92
5.1.2 客戶(hù)進(jìn)程與WMS交互/93
5.1.3 WMS與SurfaceFlinger交互/94
5.2 窗口/94
5.2.1 創(chuàng)建窗口/94
5.2.2 窗口容器/95
5.2.3 控制窗口/96
5.3 窗口容器樹(shù)/97
5.3.1 DisplayContent/97
5.3.2 DisplayChildWindow Container/99
5.3.3 TaskStack/100
5.3.4 Task/101
5.3.5 AppWindowToken/102
5.3.6 WindowState/103
5.3.7 SurfaceControl/104
5.4 窗口切換/106
5.4.1 切換原理/106
5.4.2 切換動(dòng)畫(huà)/107
5.4.3 切換流程/107
5.5 本章小結(jié)/113
第6章 圖形流生產(chǎn)者/114
6.1 生產(chǎn)環(huán)境/114
6.1.1 啟動(dòng)流程/114
6.1.2 設(shè)置內(nèi)容視圖/116
6.1.3 設(shè)置根視圖/118
6.1.4 初始化圖形庫(kù)/118
6.1.5 請(qǐng)求VSync信號(hào)/119
6.2 2D圖形/119
6.2.1 視圖/119
6.2.2 生產(chǎn)流程/120
6.3 3D圖形/125
6.3.1 示例/125
6.3.2 生產(chǎn)流程/126
6.4 本章小結(jié)/133
第7章 輸入/134
7.1 輸入系統(tǒng)/134
7.2 輸入管理/134
7.2.1 輸入管理框架/134
7.2.2 啟動(dòng)過(guò)程/135
7.2.3 讀取事件/137
7.2.4 分發(fā)事件/140
7.2.5 建立連接通道/141
7.2.6 分發(fā)到目標(biāo)進(jìn)程/142
7.2.7 在視圖樹(shù)中分發(fā)/144
7.2.8 處理事件/145
7.3 輸入法/146
7.3.1 輸入法框架/147
7.3.2 初始化服務(wù)/147
7.3.3 啟動(dòng)應(yīng)用/149
7.3.4 顯示應(yīng)用界面/149
7.3.5 觸摸輸入框/150
7.3.6 輸入內(nèi)容/152
7.4 本章小結(jié)/152
附錄A Binder通信示例/153
附錄B 共享內(nèi)存與套接字示例/156
附錄C 紋理示例/163