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Systrace 基础知识(七) – Vsync 解读求职学习资料

本文介绍了Systrace 基础知识(七) – Vsync 解读求职学习资料,有助于帮助完成毕业设计以及求职,是一篇很好的资料。

对技术面试,学习经验等有一些体会,在此分享。

本文是 Systrace 系列文章的第七篇,主要是是介绍 Android 中的 Vsync 机制。文章会从 Systrace 的角度来看 Android 系统如何基于 Vsync 每一帧的展示。Vsync 是 Systrace 中一个非常关键的机制,虽然我们在操作手机的时候看不见,摸不着,但是在 Systrace 中我们可以看到,Android 系统在 Vsync 信号的指引下,有条不紊地进行者每一帧的渲染、合成操作,使我们可以享受稳定帧率的画面。

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

正文

Vsync 信号可以由硬件产生,也可以用软件模拟,不过现在基本上都是硬件产生,负责产生硬件 Vsync 的是 HWC,HWC 可生成 VSYNC 事件并通过回调将事件发送到 SurfaceFlinge , DispSync 将 Vsync 生成由 Choreographer 和 SurfaceFlinger 使用的 VSYNC_APP 和 VSYNC_SF 信号

Systrace 基础知识(七) - Vsync 解读

在 Android 基于 Choreographer 的渲染机制详解 这篇文章里面,我们有提到 :Choreographer 的引入,主要是配合 Vsync,给上层 App 的渲染提供一个稳定的 Message 处理的时机,也就是 Vsync 到来的时候 ,系统通过对 Vsync 信号周期的调整,来控制每一帧绘制操作的时机. 目前大部分手机都是 60Hz 的刷新率,也就是 16.6ms 刷新一次,系统为了配合屏幕的刷新频率,将 Vsync 的周期也设置为 16.6 ms,每个 16.6 ms,Vsync 信号唤醒 Choreographer 来做 App 的绘制操作 ,这就是引入 Choreographer 的主要作用

渲染层(App)与 Vsync 打交道的是 Choreographer,而合成层与 Vsync 打交道的,则是 SurfaceFlinger。SurfaceFlinger 也会在 Vsync 到来的时候,将所有已经准备好的 Surface 进行合成操作

下图显示在 Systrace 中,SurfaceFlinger 进程中的 VSYNC_APP 和 VSYNC_SF 的情况
Systrace 基础知识(七) - Vsync 解读

Android 图形数据流向

首先我们要大概了解 Android 中的图形数据流的方向,从下面这张图,结合 Android 的图像流,我们大概把从 App 绘制到屏幕显示,分为下面几个阶段:
Systrace 基础知识(七) - Vsync 解读

  1. 第一阶段:App 在收到 Vsync-App 的时候,在主线程进行 measure、layout、draw(构建 DisplayList , 里面包含 OpenGL 渲染需要的命令及数据) 。这里对应的 Systrace 中的主线程 doFrame 操作
  2. 第二阶段:CPU 将数据上传(共享或者拷贝)给 GPU, 这里 ARM 设备 内存一般是 GPU 和 CPU 共享内存。这里对应的 Systrace 中的渲染线程的 flush drawing commands 操作
  3. 第三阶段:通知 GPU 渲染,真机一般不会阻塞等待 GPU 渲染结束,CPU 通知结束后就返回继续执行其他任务,使用 Fence 机制辅助 GPU CPU 进行同步操作
  4. 第四 阶段:swapBuffers,并通知 SurfaceFlinger 图层合成。这里对应的 Systrace 中的渲染线程的 eglSwapBuffersWithDamageKHR 操作
  5. 第五阶段:SurfaceFlinger 开始合成图层,如果之前提交的 GPU 渲染任务没结束,则等待 GPU 渲染完成,再合成(Fence 机制),合成依然是依赖 GPU,不过这就是下一个任务了.这里对应的 Systrace 中的 SurfaceFlinger 主线程的 onMessageReceived 操作(包括 handleTransaction、handleMessageInvalidate、handleMessageRefresh)SurfaceFlinger 在合成的时候,会将一些合成工作委托给 Hardware Composer,从而降低来自 OpenGL 和 GPU 的负载,只有 Hardware Composer 无法处理的图层,或者指定用 OpenGL 处理的图层,其他的 图层偶会使用 Hardware Composer 进行合成
  6. 第六阶段 :最终合成好的数据放到屏幕对应的 Frame Buffer 中,固定刷新的时候就可以看到了

下面这张图也是官方的一张图,结合上面的阶段,从左到右看,可以看到一帧的数据是如何在各个进程之间流动的
Systrace 基础知识(七) - Vsync 解读

Systrace 中的图像数据流

了解了 Android 中的图形数据流的方向,我们就可以把上面这个比较抽象的数据流图,在 Systrace 上进行映射展示
Systrace 基础知识(七) - Vsync 解读

上图中主要包含 SurfaceFlinger、App 和 hwc 三个进程,下面就来结合图中的标号,来进一步说明数据的流向

  1. 第一个 Vsync 信号到来, SurfaceFlinger 和 App 同时收到 Vsync 信号
  2. SurfaceFlinger 收到 Vsync-sf 信号,开始进行 App 上一帧的 Buffer 的合成
  3. App 收到 Vsycn-app 信号,开始进行这一帧的 Buffer 的渲染(对应上面的第一、二、三、四阶段)
  4. 第二个 Vsync 信号到来 ,SurfaceFlinger 和 App 同时收到 Vsync 信号,SurfaceFlinger 获取 App 在第二步里面渲染的 Buffer,开始合成(对应上面的第五阶段),App 收到 Vsycn-app 信号,开始新一帧的 Buffer 的渲染(对应上面的第一、二、三、四阶段)

Vsync Offset

文章最开始有提到,Vsync 信号可以由硬件产生,也可以用软件模拟,不过现在基本上都是硬件产生,负责产生硬件 Vsync 的是 HWC,HWC 可生成 VSYNC 事件并通过回调将事件发送到 SurfaceFlinge , DispSync 将 Vsync 生成由 Choreographer 和 SurfaceFlinger 使用的 VSYNC_APP 和 VSYNC_SF 信号.
Systrace 基础知识(七) - Vsync 解读

其中 app 和 sf 相对 hw_vsync_0 都有一个偏移,即 phase-app 和 phase-sf,如下图
Systrace 基础知识(七) - Vsync 解读

Vsync Offset 我们指的是 VSYNC_APP 和 VSYNC_SF 之间有一个 Offset,即上图中 phase-sf – phase-app 的值,这个 Offset 是厂商可以配置的。如果 Offset 不为 0,那么意味着 App 和 SurfaceFlinger 主进程不是同时收到 Vsync 信号,而是间隔 Offset (通常在 0 – 16.6ms 之间)

目前大部分厂商都没有配置这个 Offset,所以 App 和 SurfaceFlinger 是同时收到 Vsync 信号的.

可以通过 Dumpsys SurfaceFlinger 来查看对应的值

Offset 为 0:(sf phase – app phase = 0)

“`

本文是 Systrace 系列文章的第七篇,主要是是介绍 Android 中的 Vsync 机制。文章会从 Systrace 的角度来看 Android 系统如何基于 Vsync 每一帧的展示。Vsync 是 Systrace 中一个非常关键的机制,虽然我们在操作手机的时候看不见,摸不着,但是在 Systrace 中我们可以看到,Android 系统在 Vsync 信号的指引下,有条不紊地进行者每一帧的渲染、合成操作,使我们可以享受稳定帧率的画面。

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

正文

Vsync 信号可以由硬件产生,也可以用软件模拟,不过现在基本上都是硬件产生,负责产生硬件 Vsync 的是 HWC,HWC 可生成 VSYNC 事件并通过回调将事件发送到 SurfaceFlinge , DispSync 将 Vsync 生成由 Choreographer 和 SurfaceFlinger 使用的 VSYNC_APP 和 VSYNC_SF 信号

Systrace 基础知识(七) - Vsync 解读

在 Android 基于 Choreographer 的渲染机制详解 这篇文章里面,我们有提到 :Choreographer 的引入,主要是配合 Vsync,给上层 App 的渲染提供一个稳定的 Message 处理的时机,也就是 Vsync 到来的时候 ,系统通过对 Vsync 信号周期的调整,来控制每一帧绘制操作的时机. 目前大部分手机都是 60Hz 的刷新率,也就是 16.6ms 刷新一次,系统为了配合屏幕的刷新频率,将 Vsync 的周期也设置为 16.6 ms,每个 16.6 ms,Vsync 信号唤醒 Choreographer 来做 App 的绘制操作 ,这就是引入 Choreographer 的主要作用

渲染层(App)与 Vsync 打交道的是 Choreographer,而合成层与 Vsync 打交道的,则是 SurfaceFlinger。SurfaceFlinger 也会在 Vsync 到来的时候,将所有已经准备好的 Surface 进行合成操作

下图显示在 Systrace 中,SurfaceFlinger 进程中的 VSYNC_APP 和 VSYNC_SF 的情况
Systrace 基础知识(七) - Vsync 解读

Android 图形数据流向

首先我们要大概了解 Android 中的图形数据流的方向,从下面这张图,结合 Android 的图像流,我们大概把从 App 绘制到屏幕显示,分为下面几个阶段:
Systrace 基础知识(七) - Vsync 解读

  1. 第一阶段:App 在收到 Vsync-App 的时候,在主线程进行 measure、layout、draw(构建 DisplayList , 里面包含 OpenGL 渲染需要的命令及数据) 。这里对应的 Systrace 中的主线程 doFrame 操作
  2. 第二阶段:CPU 将数据上传(共享或者拷贝)给 GPU, 这里 ARM 设备 内存一般是 GPU 和 CPU 共享内存。这里对应的 Systrace 中的渲染线程的 flush drawing commands 操作
  3. 第三阶段:通知 GPU 渲染,真机一般不会阻塞等待 GPU 渲染结束,CPU 通知结束后就返回继续执行其他任务,使用 Fence 机制辅助 GPU CPU 进行同步操作
  4. 第四 阶段:swapBuffers,并通知 SurfaceFlinger 图层合成。这里对应的 Systrace 中的渲染线程的 eglSwapBuffersWithDamageKHR 操作
  5. 第五阶段:SurfaceFlinger 开始合成图层,如果之前提交的 GPU 渲染任务没结束,则等待 GPU 渲染完成,再合成(Fence 机制),合成依然是依赖 GPU,不过这就是下一个任务了.这里对应的 Systrace 中的 SurfaceFlinger 主线程的 onMessageReceived 操作(包括 handleTransaction、handleMessageInvalidate、handleMessageRefresh)SurfaceFlinger 在合成的时候,会将一些合成工作委托给 Hardware Composer,从而降低来自 OpenGL 和 GPU 的负载,只有 Hardware Composer 无法处理的图层,或者指定用 OpenGL 处理的图层,其他的 图层偶会使用 Hardware Composer 进行合成
  6. 第六阶段 :最终合成好的数据放到屏幕对应的 Frame Buffer 中,固定刷新的时候就可以看到了

下面这张图也是官方的一张图,结合上面的阶段,从左到右看,可以看到一帧的数据是如何在各个进程之间流动的
Systrace 基础知识(七) - Vsync 解读

Systrace 中的图像数据流

了解了 Android 中的图形数据流的方向,我们就可以把上面这个比较抽象的数据流图,在 Systrace 上进行映射展示
Systrace 基础知识(七) - Vsync 解读

上图中主要包含 SurfaceFlinger、App 和 hwc 三个进程,下面就来结合图中的标号,来进一步说明数据的流向

  1. 第一个 Vsync 信号到来, SurfaceFlinger 和 App 同时收到 Vsync 信号
  2. SurfaceFlinger 收到 Vsync-sf 信号,开始进行 App 上一帧的 Buffer 的合成
  3. App 收到 Vsycn-app 信号,开始进行这一帧的 Buffer 的渲染(对应上面的第一、二、三、四阶段)
  4. 第二个 Vsync 信号到来 ,SurfaceFlinger 和 App 同时收到 Vsync 信号,SurfaceFlinger 获取 App 在第二步里面渲染的 Buffer,开始合成(对应上面的第五阶段),App 收到 Vsycn-app 信号,开始新一帧的 Buffer 的渲染(对应上面的第一、二、三、四阶段)

Vsync Offset

文章最开始有提到,Vsync 信号可以由硬件产生,也可以用软件模拟,不过现在基本上都是硬件产生,负责产生硬件 Vsync 的是 HWC,HWC 可生成 VSYNC 事件并通过回调将事件发送到 SurfaceFlinge , DispSync 将 Vsync 生成由 Choreographer 和 SurfaceFlinger 使用的 VSYNC_APP 和 VSYNC_SF 信号.
Systrace 基础知识(七) - Vsync 解读

其中 app 和 sf 相对 hw_vsync_0 都有一个偏移,即 phase-app 和 phase-sf,如下图
Systrace 基础知识(七) - Vsync 解读

Vsync Offset 我们指的是 VSYNC_APP 和 VSYNC_SF 之间有一个 Offset,即上图中 phase-sf – phase-app 的值,这个 Offset 是厂商可以配置的。如果 Offset 不为 0,那么意味着 App 和 SurfaceFlinger 主进程不是同时收到 Vsync 信号,而是间隔 Offset (通常在 0 – 16.6ms 之间)

目前大部分厂商都没有配置这个 Offset,所以 App 和 SurfaceFlinger 是同时收到 Vsync 信号的.

可以通过 Dumpsys SurfaceFlinger 来查看对应的值

Offset 为 0:(sf phase – app phase = 0)

“`

本文是 Systrace 系列文章的第七篇,主要是是介绍 Android 中的 Vsync 机制。文章会从 Systrace 的角度来看 Android 系统如何基于 Vsync 每一帧的展示。Vsync 是 Systrace 中一个非常关键的机制,虽然我们在操作手机的时候看不见,摸不着,但是在 Systrace 中我们可以看到,Android 系统在 Vsync 信号的指引下,有条不紊地进行者每一帧的渲染、合成操作,使我们可以享受稳定帧率的画面。

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

正文

Vsync 信号可以由硬件产生,也可以用软件模拟,不过现在基本上都是硬件产生,负责产生硬件 Vsync 的是 HWC,HWC 可生成 VSYNC 事件并通过回调将事件发送到 SurfaceFlinge , DispSync 将 Vsync 生成由 Choreographer 和 SurfaceFlinger 使用的 VSYNC_APP 和 VSYNC_SF 信号

Systrace 基础知识(七) - Vsync 解读

在 Android 基于 Choreographer 的渲染机制详解 这篇文章里面,我们有提到 :Choreographer 的引入,主要是配合 Vsync,给上层 App 的渲染提供一个稳定的 Message 处理的时机,也就是 Vsync 到来的时候 ,系统通过对 Vsync 信号周期的调整,来控制每一帧绘制操作的时机. 目前大部分手机都是 60Hz 的刷新率,也就是 16.6ms 刷新一次,系统为了配合屏幕的刷新频率,将 Vsync 的周期也设置为 16.6 ms,每个 16.6 ms,Vsync 信号唤醒 Choreographer 来做 App 的绘制操作 ,这就是引入 Choreographer 的主要作用

渲染层(App)与 Vsync 打交道的是 Choreographer,而合成层与 Vsync 打交道的,则是 SurfaceFlinger。SurfaceFlinger 也会在 Vsync 到来的时候,将所有已经准备好的 Surface 进行合成操作

下图显示在 Systrace 中,SurfaceFlinger 进程中的 VSYNC_APP 和 VSYNC_SF 的情况
Systrace 基础知识(七) - Vsync 解读

Android 图形数据流向

首先我们要大概了解 Android 中的图形数据流的方向,从下面这张图,结合 Android 的图像流,我们大概把从 App 绘制到屏幕显示,分为下面几个阶段:
Systrace 基础知识(七) - Vsync 解读

  1. 第一阶段:App 在收到 Vsync-App 的时候,在主线程进行 measure、layout、draw(构建 DisplayList , 里面包含 OpenGL 渲染需要的命令及数据) 。这里对应的 Systrace 中的主线程 doFrame 操作
  2. 第二阶段:CPU 将数据上传(共享或者拷贝)给 GPU, 这里 ARM 设备 内存一般是 GPU 和 CPU 共享内存。这里对应的 Systrace 中的渲染线程的 flush drawing commands 操作
  3. 第三阶段:通知 GPU 渲染,真机一般不会阻塞等待 GPU 渲染结束,CPU 通知结束后就返回继续执行其他任务,使用 Fence 机制辅助 GPU CPU 进行同步操作
  4. 第四 阶段:swapBuffers,并通知 SurfaceFlinger 图层合成。这里对应的 Systrace 中的渲染线程的 eglSwapBuffersWithDamageKHR 操作
  5. 第五阶段:SurfaceFlinger 开始合成图层,如果之前提交的 GPU 渲染任务没结束,则等待 GPU 渲染完成,再合成(Fence 机制),合成依然是依赖 GPU,不过这就是下一个任务了.这里对应的 Systrace 中的 SurfaceFlinger 主线程的 onMessageReceived 操作(包括 handleTransaction、handleMessageInvalidate、handleMessageRefresh)SurfaceFlinger 在合成的时候,会将一些合成工作委托给 Hardware Composer,从而降低来自 OpenGL 和 GPU 的负载,只有 Hardware Composer 无法处理的图层,或者指定用 OpenGL 处理的图层,其他的 图层偶会使用 Hardware Composer 进行合成
  6. 第六阶段 :最终合成好的数据放到屏幕对应的 Frame Buffer 中,固定刷新的时候就可以看到了

下面这张图也是官方的一张图,结合上面的阶段,从左到右看,可以看到一帧的数据是如何在各个进程之间流动的
Systrace 基础知识(七) - Vsync 解读

Systrace 中的图像数据流

了解了 Android 中的图形数据流的方向,我们就可以把上面这个比较抽象的数据流图,在 Systrace 上进行映射展示
Systrace 基础知识(七) - Vsync 解读

上图中主要包含 SurfaceFlinger、App 和 hwc 三个进程,下面就来结合图中的标号,来进一步说明数据的流向

  1. 第一个 Vsync 信号到来, SurfaceFlinger 和 App 同时收到 Vsync 信号
  2. SurfaceFlinger 收到 Vsync-sf 信号,开始进行 App 上一帧的 Buffer 的合成
  3. App 收到 Vsycn-app 信号,开始进行这一帧的 Buffer 的渲染(对应上面的第一、二、三、四阶段)
  4. 第二个 Vsync 信号到来 ,SurfaceFlinger 和 App 同时收到 Vsync 信号,SurfaceFlinger 获取 App 在第二步里面渲染的 Buffer,开始合成(对应上面的第五阶段),App 收到 Vsycn-app 信号,开始新一帧的 Buffer 的渲染(对应上面的第一、二、三、四阶段)

Vsync Offset

文章最开始有提到,Vsync 信号可以由硬件产生,也可以用软件模拟,不过现在基本上都是硬件产生,负责产生硬件 Vsync 的是 HWC,HWC 可生成 VSYNC 事件并通过回调将事件发送到 SurfaceFlinge , DispSync 将 Vsync 生成由 Choreographer 和 SurfaceFlinger 使用的 VSYNC_APP 和 VSYNC_SF 信号.
Systrace 基础知识(七) - Vsync 解读

其中 app 和 sf 相对 hw_vsync_0 都有一个偏移,即 phase-app 和 phase-sf,如下图
Systrace 基础知识(七) - Vsync 解读

Vsync Offset 我们指的是 VSYNC_APP 和 VSYNC_SF 之间有一个 Offset,即上图中 phase-sf – phase-app 的值,这个 Offset 是厂商可以配置的。如果 Offset 不为 0,那么意味着 App 和 SurfaceFlinger 主进程不是同时收到 Vsync 信号,而是间隔 Offset (通常在 0 – 16.6ms 之间)

目前大部分厂商都没有配置这个 Offset,所以 App 和 SurfaceFlinger 是同时收到 Vsync 信号的.

可以通过 Dumpsys SurfaceFlinger 来查看对应的值

Offset 为 0:(sf phase – app phase = 0)

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