wifi詳解（二）

時間 2019-11-17

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1 Wifi模塊解析和啓動流程

1.1 框架分析

WIFI總體框架如圖所示： java

首先，用戶程序使用WifiManager類來管理Wifi模塊，它可以得到Wifi模塊的狀態，配置和控制Wifi模塊，而全部這些操做都要依賴 Wifiservice類來實現。 android

WifiService和WifiMonitor類是Wifi框架的核心，如圖所示。下面先來看看WifiService是何時，怎麼被建立和初始化的。網絡

在systemServer啓動以後，它會建立一個 ConnectivityServer對象，這個對象的構造函數會建立一個WifiService的實例，代碼以下所示： app

framework/base/services/java/com/android/server/ConnectivityService.java 框架

{ less

…… ide

case ConnectivityManager.TYPE_WIFI: 函數

if(DBG) Slog.v(TAG, "Starting Wifi Service."); oop

WifiStateTrackerwst = new WifiStateTracker(context,mHandler); //建立WifiStateTracker實例 ui

WifiService wifiService = newWifiService(context,wst);//建立WifiService實例

ServiceManager.addService(Context.WIFI_SERVICE,wifiService); //向服務管理系統添加Wifi服務

wifiService.startWifi(); //啓動Wifi

mNetTrackers[ConnectivityManager.TYPE_WIFI]= wst;

wst.startMonitoring(); //啓動WifiMonitor中的WifiThread線程

……

}

WifiService的主要工做：WifiMonitor和Wpa_supplicant的啓動和關閉，向Wpa_supplicant發送命令。

WifiMonitor的主要工做：阻塞監聽並接收來自Wpa_supplicant的消息，而後發送給WifiStateTracker。

上面兩個線程經過AF_UNIX套接字和Wpa_supplicant通訊，在通訊過程當中有兩種鏈接方式：控制鏈接和監聽鏈接。它們建立代碼以下：

ctrl_conn =wpa_ctrl_open(ifname);

.. .. ..

monitor_conn = wpa_ctrl_open(ifname);

1.2 Wifi啓動流程

（1）使能Wifi

要想使用Wifi模塊，必須首先使能Wifi，當你第一次按下Wifi使能按鈕時，WirelessSettings會實例化一個WifiEnabler 對象，實例化代碼以下：

packages/apps/settings/src/com/android/settings/WirelessSettings.java

protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {

super.onCreate(savedInstanceState);

……

CheckBoxPreferencewifi = (CheckBoxPreference) findPreference(KEY_TOGGLE_WIFI);

mWifiEnabler=new WifiEnabler(this, wifi);

……

}

WifiEnabler類的定義大體以下，它實現了一個監聽接口，當WifiEnabler對象被初始化後，它監聽到你按鍵的動做，會調用響應函數 onPreferenceChange（），這個函數會調用WifiManager的setWifiEnabled（）函數。

public class WifiEnabler implementsPreference.OnPreferenceChangeListener{

……

public boolean onPreferenceChange(Preference preference,Objectvalue) {

booleanenable = (Boolean)value;

……

if (mWifiManager.setWifiEnabled(enable)) {

mCheckBox.setEnabled(false);

……

}

……

}

咱們都知道Wifimanager只是個服務代理，因此它會調用WifiService的setWifiEnabled（）函數，而這個函數會調用 sendEnableMessage（）函數，瞭解android消息處理機制的都知道，這個函數最終會給本身發送一個 MESSAGE_ENABLE_WIFI的消息，被WifiService裏面定義的handlermessage()函數處理，會調用 setWifiEnabledBlocking（）函數。下面是調用流程：

mWifiEnabler.onpreferencechange()=>mWifiManage.setWifienabled()=>mWifiService.setWifiEnabled()=>mWifiService.sendEnableMessage()=>mWifiService.handleMessage()=>mWifiService.setWifiEnabledBlocking().

在 setWifiEnabledBlocking()函數中主要作以下工做：加載Wifi驅動，啓動wpa_supplicant，註冊廣播接收器，啓動 WifiThread監聽線程。代碼以下：

……

if (enable) {

if(!mWifiStateTracker.loadDriver()) {

Slog.e(TAG,"Failed toload Wi-Fi driver.");

setWifiEnabledState(WIFI_STATE_UNKNOWN,uid);

return false;

}

if(!mWifiStateTracker.startSupplicant()) {

mWifiStateTracker.unloadDriver();

Slog.e(TAG, "Failed tostart supplicant daemon.");

setWifiEnabledState(WIFI_STATE_UNKNOWN, uid);

return false;

}

registerForBroadcasts();

mWifiStateTracker.startEventLoop();

……

至此，Wifi使能結束，自動進入掃描階段。

(2) 掃描AP

當驅動加載成功後，若是配置文件的AP_SCAN = 1，掃描會自動開始，WifiMonitor將會從supplicant收到一個消息EVENT_DRIVER_STATE_CHANGED，調用 handleDriverEvent（），而後調用mWifiStateTracker.notifyDriverStarted()，該函數向消息隊列添加EVENT_DRIVER_STATE_CHANGED，handlermessage()函數處理消息時調用scan()函數，並經過 WifiNative將掃描命令發送到wpa_supplicant。

Frameworks/base/wifi/java/android/net/wifi/WifiMonitor.java

private void handleDriverEvent(Stringstate) {

if(state == null) {

return;

}

if(state.equals("STOPPED")) {

mWifiStateTracker.notifyDriverStopped();

}else if (state.equals("STARTED")) {

mWifiStateTracker.notifyDriverStarted();

}else if (state.equals("HANGED")) {

mWifiStateTracker.notifyDriverHung();

}

Frameworks/base/wifi/java/android/net/wifi/WifiStateTracker.java

case EVENT_DRIVER_STATE_CHANGED:

switch(msg.arg1) {

case DRIVER_STARTED:

/**

*Set the number of allowed radio channels according

*to the system setting, since it gets reset by the

*driver upon changing to the STARTED state.

setNumAllowedChannels();

synchronized(this) {

if(mRunState == RUN_STATE_STARTING) {

mRunState= RUN_STATE_RUNNING;

if(!mIsScanOnly) {

reconnectCommand();

}else {

// In somesituations, supplicant needs to be kickstarted to

// start thebackground scanning

scan(true);

}

break;

上面是啓動Wifi 時，自動進行的AP的掃描，用戶固然也能夠手動掃描AP，這部分實如今WifiService裏面，WifiService經過startScan()接口函數發送掃描命令到supplicant。

Frameworks/base/wifi/java/android/net/wifi/WifiStateTracker.java

public boolean startScan(booleanforceActive) {

enforceChangePermission();

switch(mWifiStateTracker.getSupplicantState()) {

caseDISCONNECTED:

caseINACTIVE:

caseSCANNING:

caseDORMANT:

break;

default:

mWifiStateTracker.setScanResultHandling(

WifiStateTracker.SUPPL_SCAN_HANDLING_LIST_ONLY);

break;

}

return mWifiStateTracker.scan(forceActive);

}

而後下面的流程同上面的自動掃描，咱們來分析一下手動掃描從哪裏開始的。咱們應該知道手動掃描是經過菜單鍵的掃描鍵來響應的，而響應該動做的應該是 WifiSettings類中Scanner類的handlerMessage()函數，它調用WifiManager的 startScanActive()，這才調用WifiService的startScan()。

packages/apps/Settings/src/com/android/settings/wifiwifisettings.java

public boolean onCreateOptionsMenu(Menu menu) {

menu.add(Menu.NONE,MENU_ID_SCAN, 0, R.string.wifi_menu_scan)

.setIcon(R.drawable.ic_menu_scan_network);

menu.add(Menu.NONE,MENU_ID_ADVANCED, 0, R.string.wifi_menu_advanced)

.setIcon(android.R.drawable.ic_menu_manage);

returnsuper.onCreateOptionsMenu(menu);

}

當按下菜單鍵時，WifiSettings就會調用這個函數繪製菜單。若是選擇掃描按鈕，WifiSettings會調用 onOptionsItemSelected()。

packages/apps/Settings/src/com/android/settings/wifiwifisettings.java

public booleanonOptionsItemSelected(MenuItem item) {

switch (item.getItemId()){

caseMENU_ID_SCAN:

if(mWifiManager.isWifiEnabled()) {

mScanner.resume();

}

return true;

caseMENU_ID_ADVANCED:

startActivity(new Intent(this,AdvancedSettings.class));

return true;

}

returnsuper.onOptionsItemSelected(item);

}

private class Scanner extends Handler {

private int mRetry = 0;

void resume() {

if (!hasMessages(0)) {

sendEmptyMessage(0);

}

void pause() {

mRetry= 0;

mAccessPoints.setProgress(false);

removeMessages(0);

}

@Override

public voidhandleMessage(Message message) {

if(mWifiManager.startScanActive()){

mRetry = 0;

}else if (++mRetry >= 3) {

mRetry = 0;

Toast.makeText(WifiSettings.this,R.string.wifi_fail_to_scan,

Toast.LENGTH_LONG).show();

return;

}

mAccessPoints.setProgress(mRetry!= 0);

sendEmptyMessageDelayed(0, 6000);

}

這裏的mWifiManager.startScanActive()就會調用WifiService裏的startScan（）函數，下面的流程和上面的同樣，這裏不贅述。

當supplicant完成了這個掃描命令後，它會發送一個消息給上層，提醒他們掃描已經完成，WifiMonitor會接收到這消息，而後再發送給WifiStateTracker。

Frameworks/base/wifi/java/android/net/wifi/WifiMonitor.java

void handleEvent(int event, String remainder) {

switch (event) {

caseDISCONNECTED:

handleNetworkStateChange(NetworkInfo.DetailedState.DISCONNECTED,remainder);

break;

case CONNECTED:

handleNetworkStateChange(NetworkInfo.DetailedState.CONNECTED,remainder);

break;

case SCAN_RESULTS:

mWifiStateTracker.notifyScanResultsAvailable();

break;

case UNKNOWN:

break;

}

WifiStateTracker將會廣播SCAN_RESULTS_AVAILABLE_ACTION消息：

Frameworks/base/wifi/java/android/net/wifi/WifiStateTracker.java

public voidhandleMessage(Message msg) {

Intent intent;

……

case EVENT_SCAN_RESULTS_AVAILABLE:

if(ActivityManagerNative.isSystemReady()) {

mContext.sendBroadcast(newIntent(WifiManager.SCAN_RESULTS_AVAILABLE_ACTION));

}

sendScanResultsAvailable();

/**

* On receiving the first scanresults after connecting to

* the supplicant, switch scanmode over to passive.

setScanMode(false);

break;

……

｝

因爲WifiSettings類註冊了intent，可以處理SCAN_RESULTS_AVAILABLE_ACTION消息，它會調用 handleEvent()，調用流程以下所示。

WifiSettings.handleEvent()=>WifiSettings.updateAccessPoints() => mWifiManager.getScanResults()=> mService.getScanResults()=> mWifiStateTracker.scanResults() =>WifiNative.scanResultsCommand()……

將獲取AP列表的命令發送到supplicant，而後supplicant經過Socket發送掃描結果，由上層接收並顯示。這和前面的消息獲取流程基本相同。

(3)配置，鏈接AP

當用戶選擇一個活躍的AP時，WifiSettings響應打開一個對話框來配置AP，好比加密方法和鏈接AP的驗證模式。配置好AP後，WifiService添加或更新網絡鏈接到特定的AP。

packages/apps/settings/src/com/android/settings/wifi/WifiSetttings.java

public booleanonPreferenceTreeClick(PreferenceScreen screen,Preference preference) {

if (preference instanceofAccessPoint) {

mSelected= (AccessPoint) preference;

showDialog(mSelected, false);

} else if (preference ==mAddNetwork) {

mSelected= null;

showDialog(null,true);

} else if (preference ==mNotifyOpenNetworks) {

Secure.putInt(getContentResolver(),

Secure.WIFI_NETWORKS_AVAILABLE_NOTIFICATION_ON,

mNotifyOpenNetworks.isChecked()? 1 : 0);

} else {

returnsuper.onPreferenceTreeClick(screen, preference);

}

return true;

}

配置好之後，當按下「Connect Press」時，WifiSettings經過發送LIST_NETWORK命令到supplicant來檢查該網絡是否配置。若是沒有該網絡或沒有配置它，WifiService調用addorUpdateNetwork（）函數來添加或更新網絡，而後發送命令給supplicant，鏈接到這個網絡。下面是從響應鏈接按鈕到WifiService發送鏈接命令的代碼：

packages/apps/settings/src/com/android/settings/wifi/WifiSetttings.java

public void onClick(DialogInterfacedialogInterface, int button) {

if (button ==WifiDialog.BUTTON_FORGET && mSelected != null) {

forget(mSelected.networkId);

} else if (button ==WifiDialog.BUTTON_SUBMIT && mDialog !=null) {

WifiConfigurationconfig = mDialog.getConfig();

if(config == null) {

if (mSelected != null&& !requireKeyStore(mSelected.getConfig())) {

connect(mSelected.networkId);

}

}else if (config.networkId != -1) {

if (mSelected != null) {

mWifiManager.updateNetwork(config);

saveNetworks();

}

}else {

intnetworkId =mWifiManager.addNetwork(config);

if (networkId != -1) {

mWifiManager.enableNetwork(networkId,false);

config.networkId =networkId;

if (mDialog.edit || requireKeyStore(config)){

saveNetworks();

} else {

connect(networkId);

}

Frameworks\base\wifi\java\android\net\wifi\WifiManager.java

public intupdateNetwork(WifiConfiguration config) {

if(config == null ||config.networkId < 0) {

return-1;

}

returnaddOrUpdateNetwork(config);

}

private intaddOrUpdateNetwork(WifiConfiguration config) {

try {

return mService.addOrUpdateNetwork(config);

} catch (RemoteExceptione) {

return-1;

}

WifiService.addOrUpdateNetwork()經過調用mWifiStateTracker.setNetworkVariable()將鏈接命令發送到Wpa_supplicant。

（4）獲取IP地址

當鏈接到supplicant後，WifiMonitor就會通知WifiStateTracker。

Frameworks/base/wifi/java/android/net/wifi/WifiMonitor.java

Public void Run(){

if (connectToSupplicant()) {

// Send a message indicatingthat it is now possible to send commands

// tothe supplicant

mWifiStateTracker.notifySupplicantConnection();

}else {

mWifiStateTracker.notifySupplicantLost();

return;

}

……

}

WifiStateTracker 發送EVENT_SUPPLICANT_CONNECTION消息到消息隊列，這個消息有本身的handlermessage()函數處理，它會啓動一個 DHCP線程，而這個線程會一直等待一個消息事件，來啓動DHCP協議分配IP地址。

frameworks/base/wifi/java/android/net/wifi/WifiStateTracker.java

void notifySupplicantConnection() {

sendEmptyMessage(EVENT_SUPPLICANT_CONNECTION);

}

public void handleMessage(Message msg) {

Intent intent;

switch (msg.what) {

caseEVENT_SUPPLICANT_CONNECTION:

……

HandlerThread dhcpThread =newHandlerThread("DHCP Handler Thread");

dhcpThread.start();

mDhcpTarget =newDhcpHandler(dhcpThread.getLooper(), this);

……

}

當 Wpa_supplicant鏈接到AP後，它會發送一個消息給上層來通知鏈接成功，WifiMonitor會接受到這個消息並上報給 WifiStateTracker。

Frameworks/base/wifi/java/android/net/wifi/WifiMonitor.java

void handleEvent(int event, String remainder) {

switch(event) {

caseDISCONNECTED:

handleNetworkStateChange(NetworkInfo.DetailedState.DISCONNECTED,remainder);

break;

caseCONNECTED:

handleNetworkStateChange(NetworkInfo.DetailedState.CONNECTED,remainder);

break;

……

}

private void handleNetworkStateChange(NetworkInfo.DetailedStatenewState, String data) {

StringBSSID = null;

intnetworkId = -1;

if(newState ==NetworkInfo.DetailedState.CONNECTED) {

Matchermatch = mConnectedEventPattern.matcher(data);

if(!match.find()) {

if(Config.LOGD) Log.d(TAG, "Could not find BSSID in CONNECTEDeventstring");

}else {

BSSID= match.group(1);

try{

networkId= Integer.parseInt(match.group(2));

}catch (NumberFormatException e) {

networkId= -1;

}

mWifiStateTracker.notifyStateChange(newState,BSSID,networkId);

}

void notifyStateChange(DetailedState newState, StringBSSID, intnetworkId) {

Messagemsg =Message.obtain(

this,EVENT_NETWORK_STATE_CHANGED,

newNetworkStateChangeResult(newState, BSSID, networkId));

msg.sendToTarget();

}

caseEVENT_NETWORK_STATE_CHANGED:

……

configureInterface();

……

private void configureInterface() {

checkPollTimer();

mLastSignalLevel = -1;

if(!mUseStaticIp){ //使用DHCP線程動態IP

if(!mHaveIpAddress && !mObtainingIpAddress) {

mObtainingIpAddress= true;

//發送啓動DHCP線程獲取IP

mDhcpTarget.sendEmptyMessage(EVENT_DHCP_START);

}

} else{ //使用靜態IP，IP信息從mDhcpInfo中獲取

intevent;

if(NetworkUtils.configureInterface(mInterfaceName,mDhcpInfo)) {

mHaveIpAddress= true;

event= EVENT_INTERFACE_CONFIGURATION_SUCCEEDED;

if(LOCAL_LOGD) Log.v(TAG, "Static IP configurationsucceeded");

}else {

mHaveIpAddress= false;

event= EVENT_INTERFACE_CONFIGURATION_FAILED;

if(LOCAL_LOGD) Log.v(TAG, "Static IP configuration failed");

}

sendEmptyMessage(event); //發送IP得到成功消息事件

}

DhcpThread獲取EVENT_DHCP_START消息事件後，調用handleMessage（）函數，啓動DHCP獲取IP地址的服務。

public void handleMessage(Message msg) {

intevent;

switch (msg.what) {

caseEVENT_DHCP_START:

……

Log.d(TAG, "DhcpHandler: DHCP requeststarted");

//啓動一個DHCPclient的精靈進程，爲mInterfaceName請求分配一個IP地//址

if (NetworkUtils.runDhcp(mInterfaceName, mDhcpInfo)) {

event=EVENT_INTERFACE_CONFIGURATION_SUCCEEDED;

if(LOCAL_LOGD)Log.v(TAG, "DhcpHandler: DHCP request succeeded");

} else {

event=EVENT_INTERFACE_CONFIGURATION_FAILED;

Log.i(TAG,"DhcpHandler: DHCP request failed: " +

NetworkUtils.getDhcpError());

}

……

}

這裏調用了一個NetworkUtils.runDhcp（）函數，NetworkUtils類是一個網絡服務的輔助類，它主要定義了一些本地接口，這些接口會經過他們的JNI層android_net_NetUtils.cpp文件和DHCP client通訊，並獲取IP地址。

至此，IP 地址獲取完畢，Wifi啓動流程結束。

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