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Android 系统服务DisplayManagerService和DisplayDevice生命周期解读

article 2025/1/7 17:10:07

一、引言

DisplayManagerService（以下简称DMS）是 Android 系统中用于管理显示设备的核心服务。Android 早期版本中显示管理主要由SurfaceFlinger和WindowManagerService（以下简称WMS）处理，DMS只负责管理基本的显示设备和加载相关配置。Android 4.2中引入了多用户支持功能，每个用户可以拥有独立的显示配置，并且支持多个显示设备（如HDMI外接显示器）。到了Android 6中为了方便开发者调试，增加了对虚拟屏和投屏的支持。Android 7和Android 8增加了对分屏与多窗口的支持，DMS负责管理这些小窗口的显示和交互。Android 10中引入了对折叠屏设备的支持，这类设备可以在展开和折叠之间切换，DMS需要处理这些显示形态的变化，将物理屏映射到正确的逻辑显示。Android 13增加了对Ultra HDR资源的显示，使得Android设备能够更好地处理和显示高动态范围内容，DMS负责一些HDR提亮逻辑和策略。

二、DMS详细剖析

1．DMS在显示系统中作用

（1）检测、添加和移除显示设备：监听并检测新显示设备的连接，例如插入新屏幕时可自动识别和适配。

（2）创建和管理逻辑显示：通过抽象出逻辑显示，DMS提供了一个灵活的中间层用来管理一个或多个物理显示设备。

（3）调整显示设备参数：调整显示设备的各种参数，比如屏幕状态、亮度、分辨率、刷新率、显示方向，显示区域等。

（4）管理多显示设备状态切换：多显示设备的连接、断开及切换需要根据当前连接的物理显示设备切换对应的逻辑显示。

（5）事件通知：当显示设备状态变化时（连接、断开、状态变化、配置改变等），及时通知系统的其他组件如 WMS和应用程序。

2．关键组件

图1 DMS中的关键组件UML类图

在DMS模块中，对显示屏幕的描述分为物理显示屏(physical display)和逻辑显示屏(logical display)，物理屏主要从SurfaceFlinger中读取参数创建，代表实实在在的物理屏，描述其物理特性，不同物理屏有不同的属性。逻辑屏则是相对于对物理屏，侧重于同一个物理屏的不同逻辑设置，受应用和WMS模块影响，如显示区域、显示位置坐标、显示方向等。每一个物理屏幕都对应一个逻辑屏幕，而一个逻辑屏幕可以对应一个或者多个物理屏幕（多屏设备当中）。因此我们可以通过修改逻辑屏幕参数，做到同一个物理屏的不同显示方式。下面我们就来看下DMS中主要类的作用：

●DisplayManagerService：包括显示设备管理的主要类和方法，是显示管理的核心。

●DisplayManagerInternal：为系统其他组件提供的内部API。

●DisplayManager：为app等其他上层组件提供的外部API，内部通过DisplayManagerGlobal和DisplayManagerService进行交互。

●DisplayManagerGlobal：单例，DisplayManager中方法的具体实现，最终通过binder调用到DMS。

●DisplayDevice：表示具体的物理显示设备(physical display)，它包含了与物理显示相关的具体信息。

●DisplayDeviceRepository：管理所有的DisplayDevice，监听所有物理屏的变化。

●LogicalDisplay：上层抽象出来的逻辑显示，负责管理一个或多个物理显示设备，LogicalDisplay提供了一个灵活的中间层，使得系统可以统一处理多个物理设备并动态调整显示配置，并为上层应用和系统服务提供一致的接口。这种架构设计大大简化了显示管理的复杂性，提高了系统的灵活性和可扩展性。

●LogicalDisplayMapper：负责管理所有的LogicalDisplay，并在多屏设备中负责物理显示和逻辑限制之间的映射。

●DisplayAdapter：屏幕适配器，由于不同的物理显示屏有不同的属性和处理方式，因此DMS中通过一系列的屏幕适配器来和分别对各种物理显示屏进行连接。

●DisplayPowerController：管理显示设备的状态和亮度。

3．DMS的启动流程

图2 DMS启动关键流程

在Android系统中SystemServer进程负责DisplayManagerService的启动，SystemServiceManager 在startService中将调用DisplayManagerService的构造方法创建对象，并调用其onStart方法启动服务。

在构造方法中DisplayManagerService会创建UI handle 和display handle，用于处理display事件。以及实例化两个重要的对象mDisplayDeviceRepo和mLogicalDisplayMapper ，mDisplayDeviceRepo管理所有的物理显示屏，而mLogicalDisplayMapper 中管理了所有的逻辑显示。另外在构造函数中还会加载一些默认配置，原生亮度曲线、色彩模式等。

在onStart方法中DisplayManagerService会实现binder service接口和local service接口，用于外部通信，并注册显示器监听并尝试通过SurfaceControl连接默认显示器。

在DisplayManagerService 启动完成后，SystemServer会通知所有的services当前处于PHASE_WAIT_FOR_DEFAULT_DISPLAY阶段，DisplayManagerService 收到这一通知后，会尝试在LogicalDisplayMapper中获取默认display对应的逻辑显示和虚拟显示器适配器。如果都获取不到则使用同步锁的 wait 方法使当前线程等待指定的时间 delay，如果delay时间后还获取不到则会抛出运行时异常，确保了在系统启动过程中，默认显示器和虚拟显示器适配器能够正确初始化。

SystemServer在WMS和IMS启动完成后会通知DMS获取相关服务，并请求WMS进行窗口刷新，确保UI得到更新和正确显示。

SystemServer在启动完所有系统服务后会调用DMS的systemReady方法，完成一些初始化的设置，如更新用户的HDR设置，注册显示模式变化的回调，注册sensor等。

三、DisplayDevice生命周期管理

对 DisplayDevice（显示设备）的生命周期进行管理是DMS的核心任务，包括设备的添加、移除、配置及状态变更等。以下总结了核心的管理流程：

1．DisplayDevice的检测

在上一节中我们可以看到DMS在启动过程中会创建对应的显示适配器、检测显示设备以及注册显示设备监听。从SurfaceFlinger获取到默认显示设备后，显示适配器会创建对应的DisplayDevice对象，用于记录和管理显示设备的物理属性，并向DisplayDeviceRepository 发送DISPLAY_DEVICE_EVENT_ADDED消息。

2．DisplayDevice的添加

DisplayDeviceRepository 在收到DISPLAY_DEVICE_EVENT_ADDED消息后只是将DisplayDevice加到list当中，然后继续通知LogicalDisplayMapper处理设备添加的流程。LogicalDisplayMapper会通过createNewLogicalDisplayLocked为DisplayDevice创建对应的逻辑显示器（Logical Display），并加载默认的布局文件。

在createNewLogicalDisplayLocked方法中，首先通过displayID获取到对应的layerStack。在DMS和SurfaceFlinger中layerStack是一个重要的概念，主要用于管理不同显示设备上显示内容的层级和排布，每个 layerStack 代表一个逻辑显示层的集合，这些层在一起构成了屏幕的显示内容。另外，在支持多显示设备的时，layerStack 可用于区分和管理各个显示设备的内容，不同的显示设备可以分配不同的 layerStack，从而管理各自的显示内容独立性。通过配置 layerStack，可以动态调整显示内容的布局和组合，适应各种显示需求。接下来，创建新的LogicalDisplay并与displayID、layerStack和DisplayDevice绑定。

LogicalDisplay创建完成后，LogicalDisplayMapper会通过updateLogicalDisplaysLocked按顺序通知DMS两次，分别是LOGICAL_DISPLAY_EVENT_CONNECTED和LOGICAL_DISPLAY_EVENT_ADDED。DMS收到消息后会对LogicalDisplay进行的一些初始化工作，例如创建用于显示设备状态管理的DisplayPowerController对象更新屏幕状态和亮度、加载和配置屏幕的色彩模式、配置屏幕的分辨率和刷新率等等。

在完成默认显示器的初始化后DMS还需要需要唤醒所有被sycnroot大锁阻塞的线程，并通知所有listener，显示设备已添加。

3．DisplayDevice的更新

DisplayDevice的更新主要有以下几个原因：屏幕状态变化、hdr亮度与sdr亮度的比值发生变化、刷新率和分辨率发生变化、色彩模式发生变化等。

这些display 属性发生变化时LocalDisplayAdapter会清空当前的DisplayDeviceInfo，并向上通知LogicalDisplayMapper 更新LogicalDisplay。

LogicalDisplayMapper收到一次更新通知后会对当前所有的LogicalDisplay进行遍历，并更新DisplayDeviceInfo，同时根据diff和前后info的差异识别特定的事件（如hdr亮度与sdr亮度的比值发生变化、刷新率和分辨率发生变化、折叠屏导致的物理显示和逻辑显示的swap等），最后按特定的顺序发送到DMS，再由DMS通知到所有的listener。

DMS在收到LOGICAL_DISPLAY_EVENT_CHANGED事件后会先通过异步消息通知IMS更新viewport，以及通知所有listener中非cache的进程（cache进程需要等到变成非cache才会通知）display已经发生了改变。最后请求WMS重新刷新窗口，确保UI的正常显示。至此，整个DisplayDevice的更新流程就算完成了。

4．DisplayDevice的移除

在DMS的启动过程中我们已经注册了显示设备的监听，在收到移除事件后，LocalDisplayAdapter会通过tryDisconnectDisplayLocked移除相应的DisplayDevice，然后通过LogicalDisplayMapper向DMS发送LOGICAL_DISPLAY_EVENT_REMOVED和LOGICAL_DISPLAY_EVENT_DISCONNECTED消息销毁对象。这里的流程与设备添加的流程基本一致，只是动作正好相反，就不展开赘述了。