[Android O] Camera 服務啓動流程簡析

前言
去年正式進入框架組的時候，啥也不會，瞎jb分析了一通 Android N 上面的 Camera 相關流程。其實基本上都是跟着別人的分析日誌看代碼，而後按照本身的理解記了些筆記而已。

不過當時感受受益不淺，而且後來在項目開發、維護的時候，不少相關的內容都派上了用場。

從正式進入項目到如今大概有 10 個月了吧，其中大概有一半時間在 Android N 上填坑，另外一半就是填 Android O 上的坑了（雖然這些坑基本上都是本身人挖的）。如今終於感受本身對 Android Camera 這塊的架構也有必定的認識了。

然而，公司業務要往 HAL3 上遷移了，又要從新開始學習 Camera 流程了…… 
不過如今的我已經有必定的能力，能夠本身跟蹤流程去分析了。趁此機會，我就從比較簡單的 Camera 服務啓動流程開始，鍛鍊鍛鍊分析代碼、抽象出主幹思想的功力吧。

Camera 服務啓動流程概覽
在 Android O 中，系統啓動時，就會啓動 CameraProvider 服務。它將 Camera HAL 從 cameraserver 進程中分離出來，做爲一個獨立進程 android.hardware.camera.provider@2.4-service 來控制 HAL。 
這兩個進程之間經過 HIDL 機制進行通訊。

這樣的改動源自於 Android O 版本加入的 Treble 機制，它的主要功能（以下圖所示）是將 service 與 HAL 隔離，以方便 HAL 部分進行獨立升級。這其實和 APP 與 Framework 之間的 Binder 機制相似，經過引入一個進程間通訊機制而針對不一樣層級進行解耦（從 Local call 變成了 Remote call）。 
 
（這個圖是部門裏的大佬給的…）

如此一來 Camera 服務的啓動流程就變得有些複雜了，可是最核心的部分其實沒變，最終都要從動態庫中獲取鏈接 HAL 的結構，並保存下來以備將來對 Camera 設備進行操做。 
這幾天跟了一下代碼流程，大概總結了一下 cameraserver 與 provider 這兩個進程啓動、初始化的調用邏輯，以下圖。 

整體邏輯順序：

provider 進程啓動，註冊；
cameraserver 進程啓動，註冊，初始化；
cameraserver 獲取遠端 provider（此時實例化 CameraProvider 並初始化）。
上圖中，實線箭頭是調用關係。左邊是 cameraserver 進程中的動做，右邊則是 provider 進程中的動做，它們之間經過 ICameraProvider 聯繫在了一塊兒，而這個東西與 HIDL 相關，咱們能夠不用關心它的實現方式。

由圖可見：

cameraserver 一側，Cameraservice 類依舊是主體。它經過 CameraProviderManager 來管理對 CameraProvider 的操做。此處初始化的最終目的是鏈接上 CameraProvider。
provider 一側，最終主體是 CameraProvider。初始化最終目的是獲得一個 mModule，經過它能夠直接與 HAL 接口定義層進行交互。
至此，咱們就能對 Android O 上的 Camera 服務啓動流程有一個大體的瞭解。但因爲我我的功力尚淺，目前只能理解到這個地步，還沒法輕易抽象出更容易理解的框架，因此圖片中的流程仍是比較凌亂的，可能須要對照相應代碼才能理解。

下面是我分析代碼時的一些筆記，有須要能夠對照上圖中的流程看看。

CameraProvider 的啓動與註冊
這個服務進程的啓動很簡單，主要動做是註冊該 CameraProvider，以便 CameraServer 啓動時能找到它。須要注意的是，此時 CameraProvider 還未實例化與初始化。

Service.cpp
文件位置：hardware\interfaces\camera\provider\2.4\default

看代碼：

第 6 行：與 /dev/vndbinder 進行某種關聯，註釋代表 Camera HAL 可能會經過它與其它 vendor 組件進行通訊。
第 7 行：建立默認爲直通模式（passthrough）的 CameraProvider 服務實現。
int main()
{
    ALOGI("Camera provider Service is starting.");
    // The camera HAL may communicate to other vendor components via
    // /dev/vndbinder
    android::ProcessState::initWithDriver("/dev/vndbinder");
    return defaultPassthroughServiceImplementation<ICameraProvider>("legacy/0", /*maxThreads*/ 6);
}

LegacySupport.h
文件路徑：system\libhidl\transport\include\hidl

該函數作了這些事：

第 5 行：配置 RPC 線程池（當前設置最大線程爲 6）。
第 6 行：將 Interface（即 CameraProvider）以入參 legacy/0 爲名註冊到相應的管理服務中。
第 12 行：鏈接到線程池。
template<class Interface>
__attribute__((warn_unused_result))
status_t defaultPassthroughServiceImplementation(std::string name,
                                            size_t maxThreads = 1) {
    configureRpcThreadpool(maxThreads, true);
    status_t result = registerPassthroughServiceImplementation<Interface>(name);

    if (result != OK) {
        return result;
    }

    joinRpcThreadpool();
    return 0;
}

CameraService 的啓動與初始化
通常來講應該是 Provider 服務先啓動，而後 Cameraserver 再啓動，並 」鏈接「 到 Provider。 
前面已經分析了 Provider 的啓動，如今就來看看 Cameraserver 的啓動流程。

main_cameraserver.cpp
文件位置：frameworks\av\camera\cameraserver

關於線程池配置的部分就忽略吧，主要關注第 11 行，在該進程中實例化了 CameraService。
實例化只有簡單的一行代碼，但實例化的過程並不那麼簡單。這個 instantiate() 接口並非定義在 CameraService 類中的，而是定義在 BinderService 類裏（而 CameraService 繼承了它）。在此處，它的做用是建立一個 CameraService（經過 new 的方式），並將其加入到 ServiceManager 中（注意，在這一過程當中，CameraService 被強指針引用了）。
int main(int argc __unused, char** argv __unused)
{
    signal(SIGPIPE, SIG_IGN);

    // Set 3 threads for HIDL calls
    hardware::configureRpcThreadpool(3, /*willjoin*/ false);

    sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());
    sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
    ALOGI("ServiceManager: %p", sm.get());
    CameraService::instantiate();
    ProcessState::self()->startThreadPool();
    IPCThreadState::self()->joinThreadPool();
}

CameraService.cpp
文件位置：frameworks\av\services\camera\libcameraservice

因爲首次被強指針引用時，就會調用 onFirstRef() 函數執行初始化之類的業務邏輯，因此如今就看看 CameraService 在此處實現了什麼邏輯。

onFirstRef
根據 12~ 17 行能夠知道，初始化的主要邏輯實現應該在 enumerateProviders() 函數中。
而最後在 19 行調用一個 ping 函數，多是在嘗試鏈接到服務代理吧，無論它。
void CameraService::onFirstRef()
{
    ALOGI("CameraService process starting");

    BnCameraService::onFirstRef();

    // Update battery life tracking if service is restarting
    BatteryNotifier& notifier(BatteryNotifier::getInstance());
    notifier.noteResetCamera();
    notifier.noteResetFlashlight();

    status_t res = INVALID_OPERATION;

    res = enumerateProviders();
    if (res == OK) {
        mInitialized = true;
    }

    CameraService::pingCameraServiceProxy();
}

enumerateProviders
函數內容略多，因此只截取須要重點關注的部分。
首先將 CameraProviderManager 實例化（第 2 行），而後調用 initialize() 接口將其初始化（第 3 行），傳入的參數是 this 指針，指向當前 CameraService 實例的地址。
if (nullptr == mCameraProviderManager.get()) {
    mCameraProviderManager = new CameraProviderManager();
    res = mCameraProviderManager->initialize(this);
    if (res != OK) {
        ALOGE("%s: Unable to initialize camera provider manager: %s (%d)",
                __FUNCTION__, strerror(-res), res);
        return res;
    }
}

CameraProviderManager.cpp
文件位置：frameworks\av\services\camera\libcameraservice\common

initialize
在分析具體實現以前，能夠先看看它在頭文件中的聲明：

用於初始化管理器，並給它設置一個狀態監聽（即 CameraService 實例）。選擇性地接受一個與服務交互的代理。
默認的代理經過 Hardware 服務管理器進行通訊。備用的代理能夠用來進行測試。代理的生命週期必需要超過管理器的生命週期。
注意到在 enumerateProviders 中調用該接口時，只有一個入參，說明當前用的是默認代理。
    /**
     * Initialize the manager and give it a status listener; optionally accepts a service
     * interaction proxy.
     *
     * The default proxy communicates via the hardware service manager; alternate proxies can be
     * used for testing. The lifetime of the proxy must exceed the lifetime of the manager.
     */
    status_t initialize(wp<StatusListener> listener,
            ServiceInteractionProxy *proxy = &sHardwareServiceInteractionProxy);

接下來看看具體實現的邏輯：

第 11~19 行：經過服務代理做出一個註冊動做。根據註釋，註冊會觸發一個給全部已知 Provider 進行通知的動做。
第 22 行：這是咱們主要關注的函數。註釋翻譯過來是這樣，看看這是否爲一個直通的 HAL，若是不是也不要緊。注意傳入的參數 kLegacyProviderName，在文件開頭有它的定義，即爲字符串 legacy/0。
status_t CameraProviderManager::initialize(wp<CameraProviderManager::StatusListener> listener,
        ServiceInteractionProxy* proxy) {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mInterfaceMutex);
    if (proxy == nullptr) {
        ALOGE("%s: No valid service interaction proxy provided", __FUNCTION__);
        return BAD_VALUE;
    }
    mListener = listener;
    mServiceProxy = proxy;

    // Registering will trigger notifications for all already-known providers
    bool success = mServiceProxy->registerForNotifications(
        /* instance name, empty means no filter */ "",
        this);
    if (!success) {
        ALOGE("%s: Unable to register with hardware service manager for notifications "
                "about camera providers", __FUNCTION__);
        return INVALID_OPERATION;
    }

    // See if there's a passthrough HAL, but let's not complain if there's not
    addProviderLocked(kLegacyProviderName, /*expected*/ false);

    return OK;
}

addProviderLocked
這個函數主要做用是將找到的這個 Provider 經過 ProviderInfo 記錄下來並初始化。

第 2~8 行：檢查已知的 Provider 中是否已有名爲 legacy/0 的。
第 10~21 行：根據 legacy/0 從服務代理處獲取 CameraProvider 接口，這裏須要特別注意，由於此處真正地初始化了對應的 CameraProvider（怎麼就在這初始化了？下一節繼續分析）。
第 23~28 行：經過 ProviderInfo 來保存當前 Provider 相關信息。
第 30 行：記錄當前 Provider。
status_t CameraProviderManager::addProviderLocked(const std::string& newProvider, bool expected) {
    for (const auto& providerInfo : mProviders) {
        if (providerInfo->mProviderName == newProvider) {
            ALOGW("%s: Camera provider HAL with name '%s' already registered", __FUNCTION__,
                    newProvider.c_str());
            return ALREADY_EXISTS;
        }
    }

    sp<provider::V2_4::ICameraProvider> interface;
    interface = mServiceProxy->getService(newProvider);

    if (interface == nullptr) {
        if (expected) {
            ALOGE("%s: Camera provider HAL '%s' is not actually available", __FUNCTION__,
                    newProvider.c_str());
            return BAD_VALUE;
        } else {
            return OK;
        }
    }

    sp<ProviderInfo> providerInfo =
            new ProviderInfo(newProvider, interface, this);
    status_t res = providerInfo->initialize();
    if (res != OK) {
        return res;
    }

    mProviders.push_back(providerInfo);

    return OK;
}

CameraProvider 的初始化
在 CameraService 的初始化過程當中，CameraProvider 纔開始進行初始化，只不過這個初始化是經過服務代理進行遠端調用而進行的。

在 CameraProviderManager::addProviderLocked 函數的實現邏輯中，調用了 ICameraProvider::getService 接口，該接口最終會調用到一個名爲 HIDL_FETCH_ICameraProvider 的函數。

CameraProvider.cpp
文件位置：hardware\interfaces\camera\provider\2.4\default

HIDL_FETCH_ICameraProvider
若傳入的參數是 legacy/0，則建立一個 CameraProvider 實例（構造函數中調用了它自身的初始化函數）並返回相應指針給函數調用者。

ICameraProvider* HIDL_FETCH_ICameraProvider(const char* name) {
    if (strcmp(name, kLegacyProviderName) != 0) {
        return nullptr;
    }
    CameraProvider* provider = new CameraProvider();
    if (provider == nullptr) {
        ALOGE("%s: cannot allocate camera provider!", __FUNCTION__);
        return nullptr;
    }
    if (provider->isInitFailed()) {
        ALOGE("%s: camera provider init failed!", __FUNCTION__);
        delete provider;
        return nullptr;
    }
    return provider;
}

initialize
整個函數實現比較冗長，只貼出咱們須要關注的部分分析。

第 1~7 行：須要注意 rawModule 這個指針指向的結構，經過 hw_get_module 函數獲取到它的實例（從相應的 Camera HAL 動態庫中加載獲得）。實際上這個結構就是鏈接到 HAL 層的關鍵點，經過它就能夠調用到 HAL 中的一些函數。
（關於 hw_get_module，我之前分析過 Android N 上相關的邏輯，在 O 上其實沒有很大改動，若是要詳細瞭解能夠去看看那篇文章）
第 9~15 行：基於 rawModule 建立 CameraModule 實例並初始化。以後都是經過 mModule 來對 HAL 進行操做的。（其實 CameraModule 是對於 camera_module_t 的一層封裝，諸如 init、open 這樣的操做，實際上都是經過調用 camera_module_t 結構中函數指針指向的 HAL 層的具體實現函數來完成的）
執行完這個函數，CameraProvider 也就隨之初始化完成了。
camera_module_t *rawModule;
int err = hw_get_module(CAMERA_HARDWARE_MODULE_ID,
        (const hw_module_t **)&rawModule);
if (err < 0) {
    ALOGE("Could not load camera HAL module: %d (%s)", err, strerror(-err));
    return true;
}

mModule = new CameraModule(rawModule);
err = mModule->init();
if (err != OK) {
    ALOGE("Could not initialize camera HAL module: %d (%s)", err, strerror(-err));
    mModule.clear();
    return true;
}
ALOGI("Loaded \"%s\" camera module", mModule->getModuleName());

小結
在 Android O 以前，Service 與 HAL 的耦合比較嚴重，而如今 Google 經過 HIDL 這個進程通訊機制將他們分隔成兩個進程，這使得 Service 與 HAL 之間的通路創建過程變得複雜了一些。 
本文對 Android O 上，這兩個進程的啓動與初始化流程進行了簡單的分析。整體來講是以下邏輯順序：

android.hardware.camera.provider@2.4-service 進程啓動，僅註冊 Provider； cameraserver 進程啓動，實例化 CameraService，並註冊到 ServiceManager 中； 因爲強指針首次引用，CameraService::onFirstRef() 被調用，至關於進行初始化； 在 CameraService 初始化過程當中，經過 CameraProviderManager 來獲取已註冊的 Provider，並實例化、初始化 CameraProvider； CameraProvider 初始化過程當中，從動態庫中加載了 HAL 層的關鍵結構，並將其封裝到 CameraModule 中； 將獲取到的 CameraProvider 保存在 ProviderInfo 中，以便後續的使用。 這其實就至關於 Android N 以前，整個 cameraserver 的啓動流程。異曲同工，最後都是經過 CameraModule 及其內部的 camera_module_t 鏈接到 Camera HAL。