第1章 緒論/1
1.1 簡介/1
1.2 圖形顯示繫統框架/1
第2章 進程間通信/4
2.1 簡介/4
2.1.1 定義/4
2.1.2 必要性/5
2.1.3 實現方法/6
2.2 Binder/7
2.2.1 示例/7
2.2.2 框架/8
2.2.3 Binder驅動/9
2.2.4 服務管理進程/12
2.2.5 服務進程/17
2.2.6 客戶進程/29
2.2.7 示例回顧/31
2.2.8 線程池/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 使用場合/37
2.3 共享內存/38
2.3.1 簡介/38
2.3.2 實現方法/38
2.3.3 使用場合/39
2.4 套接字/39
2.4.1 簡介/39
2.4.2 使用場合/40
2.5 本章小結/40
第3章 圖形硬件/41
3.1 硬件抽像層/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 硬件抽像層接口定義語言/45
3.2.1 背景/45
3.2.2 使用方法/46
3.2.3 進程間通信方式/48
3.3 Gralloc/48
3.3.1 簡介/48
3.3.2 接口定義/49
3.3.3 分配圖形緩衝流程/50
3.3.4 圖形緩衝/51
3.4 Hardware Composer/53
3.4.1 簡介/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 圖形庫合成/60
3.5 本章小結/61
第4章 圖形流消費者/62
4.1 簡介/62
4.1.1 SurfaceFlinger初始化/62
4.1.2 客戶進程與SurfaceFlinger交互/63
4.1.3 SurfaceFlinger與硬件抽像層交互/64
4.2 圖層/64
4.2.1 創建圖層/64
4.2.2 緩衝圖層/67
4.2.3 圖形的生產與消費/69
4.3 VSync/72
4.3.1 簡介/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/91
第5章 窗口位置管理/92
5.1 簡介/92
5.1.1 WMS/92
5.1.2 客戶進程與WMS交互/93
5.1.3 WMS與SurfaceFlinger交互/94
5.2 窗口/94
5.2.1 創建窗口/94
5.2.2 窗口容器/95
5.2.3 控制窗口/96
5.3 窗口容器樹/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 切換動畫/107
5.4.3 切換流程/107
5.5 本章小結/113
第6章 圖形流生產者/114
6.1 生產環境/114
6.1.1 啟動流程/114
6.1.2 設置內容視圖/116
6.1.3 設置根視圖/118
6.1.4 初始化圖形庫/118
6.1.5 請求VSync信號/119
6.2 2D圖形/119
6.2.1 視圖/119
6.2.2 生產流程/120
6.3 3D圖形/125
6.3.1 示例/125
6.3.2 生產流程/126
6.4 本章小結/133
第7章 輸入/134
7.1 輸入繫統/134
7.2 輸入管理/134
7.2.1 輸入管理框架/134
7.2.2 啟動過程/135
7.2.3 讀取事件/137
7.2.4 分發事件/140
7.2.5 建立連接通道/141
7.2.6 分發到目標進程/142
7.2.7 在視圖樹中分發/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/147
7.3.3 啟動應用/149
7.3.4 顯示應用界面/149
7.3.5 觸摸輸入框/150
7.3.6 輸入內容/152
7.4 本章小結/152
附錄A Binder通信示例/153
附錄B 共享內存與套接字示例/156
附錄C 紋理示例/163

圖形顯示繫統在計算機、智能手機的普及過程中發揮著重要作用。早期的計算機隻能通過命令行的方式進行交互，需要用戶熟悉各種命令，這對於普通用戶而言難度比較大。後來出現了支持圖形顯示繫統的操作繫統，用戶與計算機之間通過圖形的方式進行交互，大大降低用戶使用計算機的難度，使得普通用戶也可以用計算機完成特定任務，如玩遊戲、看電影等。在以圖形方式交互的繫統中，軟件開發者需要為應用開發各種圖形界面，掌握圖形顯示繫統更容易優化圖形界面的交互體驗。
圖形顯示繫統是一個非常復雜的繫統，涉及的模塊比較多，而且很多模塊偏底層，通過閱讀代碼很難掌握其中的知識點。筆者主要從事Android繫統方面的開發工作，在工作中常常遇到與顯示相關的問題，為了更好地處理這些問題，對Android的圖形顯示繫統進行了繫統性的學習，經過長時間的研究、摸索纔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繫統方面的知識，筆者把相關的知識點整理出來，編寫了本書。
本書從框架和流程兩個角度對圖形顯示繫統進行介紹。從框架開始認識圖形顯示繫統的全貌，在此基礎上學習框架中各個圖形組件的工作流程。由於流程比較多，本書隻對關鍵的流程進行重點介紹。為了幫助讀者更容易地理解其中的知識點，筆者會結合簡單的示例逐步展開介紹，分析示例背後的工作流程，同時配有大量的圖例。
本書共分為7章，各章的主要內容如下。
第1章，從整體上認識圖形顯示繫統的框架，了解圖形顯示繫統需要掌握哪些內容。
第2章，介紹圖形顯示繫統涉及的3種進程間通信方式，分別為Binder、共享內存和套接字。本章是學習圖形顯示繫統的基礎。
第3章，介紹硬件抽像層的圖形組件的功能及其工作流程。
第4章，介紹圖形流消費者的工作原理，主要介紹將多個圖形緩衝合成到幀緩衝的過程。
第5章，介紹窗口位置管理服務的內容，包括如何創建和管理窗口。
第6章，介紹圖形流生產者的工作原理，主要介紹2D圖形、3D圖形的生產和顯示過程。
第7章，介紹圖形窗口響應輸入事件及輸入法輸入文字的流程。

本書之所以選擇Android繫統，是因為它是目前智能手機主流的操作繫統，並且是開源的，其源碼便於研究。本書基於Android 9基線，因此讀者在閱讀本書時需要下載AOSP（Android Open Source Project）源碼，還需要準備一臺裝有Ubuntu繫統的計算機，用於對源碼進行編譯，編譯之後在模擬器上運行，方便對底層的源碼進行跟蹤學習。為了更好地理解本書的內容，讀者需要先了解Android的基本概念，掌握C、C 和Java等編程語言的基本語法。
全書由李先儒編寫，在編寫過程中得到梁雲俠的大力支持，在此表示衷心的感謝。
本書的內容基於筆者個人的理解寫就，且筆者水平有限，書中難免會有不當之處，歡迎廣大同行和讀者批評指正。

李先儒
2023年8月