DirectFB运行机制介绍

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转载时请注明出处和作者联系方式 作者联系方式：李先静 <xianjimli at hotmail dot com>

事实上我对DirectFB的理解是比较肤浅的，几年前的确花了一些时间研究去DirectFB的实现，但只是集中在一部分功能的代码上。后来GUI(DirectFB/GTK)由一位同事接手了，我就没有花太多时间在上面了。可能是因为前面写过几篇关于DirectFB的文章，结果还真有不少网友把我当专家了。答应过一位网友写篇介绍DirectFB运行机制的文章，这个周末花了点时间写了这篇短文，放在这里供有需要的朋友参考。文中若有不当之处，望大家不吝指正。

DirectFBInit 这个函数其实并没有做什么特殊的初始化工作，只是加载了配置文件而已。加载的顺序如下，重复的配置内容以后加载的为优先：

• 系统全局配置文件，老版本文件为/etc/directfbrc，新版本文件为SYSCONFDIR"/directfbrc"
• 用户全局配置文件，文件为~/.directfbrc
• (系统)应用程序特定的配置文件 SYSCONFDIR"/directfbrc.应用程序名"
• (用户)应用程序特定的配置文件 ~/.directfbrc.应用程序名
• 命令行参数

DirectFBCreate 真正的初始化是在这里面进行的，严格的说这也不叫初始化了，因为这是创建DirectFB对象，对象当然是可以创建/销毁多次，而初始化通常只能做一次了。考虑到在一个进程中DirectFBCreate通常只会调一次，进程退出时才销毁，所以我们还是把它看作初始化。现在我们来看看DirectFBCreate做了什么: direct_initialize　direct是一个基础库，这个函数主要做了两件事情：

• 初始化log。 direct实现了三种LOG方法，第一种是输出到stderr上，第二种是输出到指定的文件里，第三种是通过UDP输出到网络上。这种方法对嵌入式环境是特别有用的，因为很多时候没有机会看终端上的信息。
• 安装信号处理函数。主要是针对像SIGTERM这类会导致程序退出的SIGNAL，DirectFB希望在程序退出之前做些善后处理。值得学习的是direct是一个基础库，它不能直接调用上层组件的函数，所以提供了direct_signal_handler_add之类的函数让上层组件注册/注销回调函数，避免了下层函数与上层函数的耦合。

dfb_core_create 核心组件初始化。核心组件都是以共享库形式存在的，这里主要是加载这些共享库，并调用相应的初始化函数。为了避免框架与组件之间的耦合，DirectFB是通过遍历目录去加载的，删除不必要插件可以提高加载速度。

• dfb_system_lookup 其实system在这里并没有表示出它真正的意义，这里的system实际上是指显示方式，比如基于framebuffer的fbdev和基于XWindow的x11等等。它先调用direct_modules_explore_directory在找出目录中所有的system实现，然后与配置中指定的名称匹配，找到指定的system后调用GetSystemInfo得到一些system信息。
• direct_find_best_memcpy 因为GUI里面memcpy的效率对系统整体的效率影响很大，所以DirectFB针对不同的系统实现了一些优化过的memcpy函数。
• fusion_enter 初始化fusion，fusion是用于进程间通信的机制，/dev/fusion/n是用于进程间消息传递的文件,每个进程都有这样一个文件。在本函数中会打开这个文件，并用ioctrl发送FUSION_ENTER命令。随后映射/初始共享内存。最后创建消息分发线程，其线程入口函数为fusion_dispatch_loop。
• fusion_arena_enter 我没有直接用过arena，它的主要功能似乎只是对共享数据的管理，通过一个名称与一块数据关联起来，放到hash表中，每个进程都可以通过名字取相应的数据。

IDirectFB_Construct构造一个IDirectFB对象。

• 通过dfb_layer_at_translated获取primary layer.
• 通过dfb_layer_get_primary_context获取primary layer, CoreLayerContext里面最重要的东西可能就是CoreWindowStack，CoreWindowStack管理着所有窗口，对应用程序产生直接的影响。
• 通过dfb_layer_context_windowstack获取窗口栈。
• 初始化IDirectFB接口的虚函数，让函数指针指到具体的函数上。随便说一句，最近还有一些冒充专家的外行说C语言只能按面向过程的方法开发软件，甚至说C语言只适合开发小项目，真是无语了。建议他们看看DirectFB的代码，update一下他们陈旧的观念。
• 如果是master进程，还要调用InitLayers, 它的主要功能是根据配置初始化layer，包括显示区域大小 ，调色板，透明色，窗口栈的显示区域和绘制背景(背景图片或者颜色填充）等等。

dfb_wm_post_init如果是master进程，还要执行窗口栈的PostInit，我看了几个窗口管理器的实现，这个函数都是空的。 dfb_core_activate初始化完成后激活dfb_core。这也是很重要的，可以避免初始化完成之前dfb_core被其它线程使用。 IDirectFB_CreateInputEventBuffer这个函数创建一个EventBuffer，通过EventBuffer可以获取输入事件，不过通常应该通过Window去创建EventBuffer，那样可以收到更高层的事件。InputEventBuffer实际上主要是对InputDevice的包装，不要小看这个包装，包装后有三个重要变化：

1. Event被缓冲,不用担心事件丢失或者阻塞驱动程序。包装前的InputDevice事件是来一个处理一个，包装后则是先放到缓冲中，然后一个一个的处理。
2. 由被动变为主动，更符合GUI的事件处理的惯例。包装前是上层设置回调函数，在事件到来时回调函数被下层调用，包装后是上层主动调用GetEvevnt 获取事件。
3. 由多线程变为单线程，简化了处理。包装前是由输入线程回调上层设置的回调函数，每个输入设备都是一个独立的线程，所以回调函数要考虑多线程并发执行的问题，包装后多线程问题由EventBuffer处理掉了，上层通过GetEvent获取事件并处理，处理函数始终是在主线程中执行的，所以不用考虑与输入线程的并发问题了。

IDirectFB_SetCooperativeLevel设置指定的IDirectFB对象与其它IDirectFB对象的协作级别，DFSCL_FULLSCREEN和DFSCL_EXCLUSIVE的处理方式是一样的，与DFSCL_NORMAL的差别是它们有自己独立的Context，也就是说设置为DFSCL_FULLSCREEN的DirectFB对象自成一个体系，不会与其它DirectFB对象干扰。在多进程情况下，一般是设置为DFSCL_NORMAL的，它保证所有窗口由同一个窗口器管理。(题外话，这个函数里调用了drop_window函数，drop_window的实现是有点问题的，它始终调用dfb_windowstack_cursor_enable去打开光标，这是不对的，应该根据据情况而定，在IDirectFB_Destruct里调用时就不应该打开光标，因为这可能会造成程序不正常退出。)

输入设备事件所有GUI系统都是基于事件驱动模型的，搞清楚DirectFB事件处理过程对理解DirectFB是很有帮助的。这里介绍一下DirectFB的输入事件处理。

• 输入设备驱动程序 输入设备驱动程序的代码是放在inputdrivers目录中的，编译之后安装到$(PREFIX)/lib/directfb-1.1-0/inputdrivers中。运行时每个驱动程序都会创建一个线程，它们通常都是挂在设备文件上，当有输入事件时就会被唤醒。唤醒后先读取输入事件，然后调用dfb_input_dispatch把事件分发给上层组件。

  要注意的是，输入设备线程是在driver_open_device里创建的，而driver_open_device是在dfb_core_create函数里调用的，也就是说线程起来的时候dfb_core可能还没有完成初始化，如果在这个时候有输入事件上来，可以会造成程序死掉。为了避免这个问题，应该在dfb_input_dispatch里检查一下dfb_core初始化是否完毕。

• dfb_input_dispatch先调用fixup_xxx函数对输入事件做些转换和映射，再调用core_input_filter对一些特殊键处理，比如屏幕截图等，再调用fusion_reactor_dispatch分发事件。分发时先通过函数_dfb_windowstack_inputdevice_listener把事件分发给窗口管理，然后再分发给其它全局回调函数，最后通过reactor把分发给用户注册的回调函数。
• _dfb_windowstack_inputdevice_listener通过dfb_wm_process_input调窗口管理器的wm_process_input函数。default窗口管理器是在这个函数里对输入事件处理的，它的实现比较简单，我们这里不讨论了。unique窗口管理里却不是以这种方式实现的，它调用dfb_input_add_global把_unique_device_listener注册为全局的输入事件的回调函数。其实unique也完全可以用dfb_wm_process_input来实现的，可能是实现者的想法不一样而已。
• _unique_device_listener则按输入设备类别把事件分发给相应的处理函数，这些函数是在devices中实现的。我们broncho平台的手写就是在pointer.c中拦截笔点事件的，现在想来，手写完全可以独立出来的。这些函数把DFBInputEvent事件转换为UniqueInputEvent事件，再调用unique_device_dispatch分发事件。
• unique_device_dispatch这里消息分为两路，一路经_unique_cursor_device_listener去更新当前光标的位置，一路经_unique_input_switch_device_listener把消息投递到焦点窗口。
• _unique_input_switch_device_listener消息经unique_input_channel_dispatch到_unique_window_input_channel_listener到dfb_window_post_event到IDirectFBEventBuffer_WindowReact到IDirectFBEventBuffer_AddItem，最后放入EventBuffer中。当然如果是多进程的情况，要经过内核模块fusion才能到达焦点窗口的EventBuffer。
• IDirectFBEventBuffer_GetEvent前面的函数都是都被动调用，由输入线程或者fusion事件线程调过来的。GetEvent则是上层主动调用的，它从EventBuffer的消息队列中获取事件，调用之前最好先调用WaitForEvent或者WaitForEventWithTimeout等待事件发生。
• IDirectFBEventBuffer_CreateFileDescriptor输入事件并不是唯一的事件，可能还有定时器，管道和网络事件等，WaitForEvent/WaitForEventWithTimeout会让主线程阻塞，按Unix下通用的做法是用select/poll挂在多事件源上，只要有事件发生select/poll就会唤醒，这样单线程就可以处理多事件源，CreateFileDescriptor创建一个文件描述符，可以用select/poll来等待事件。

显示输出DirectFB可以输出到不同的目标上面，这个可以通过配置中的system指定。

• Surface Surface是一个概念简单而实现复杂的东西，它在功能上和Windows中的DeviceContext类似，提供基本绘图功能。每个窗口都和一个Surface关联，窗口上的控件与一个SubSurface关联。绘制结束后调用Flip更新到物理屏幕上。Surface一般是双缓冲，这主要是避免闪烁，Flip时并不总是BACK和FRONT交换。如果只是更新一个区域则是直接从BACK向FRONT拷贝这个区域的内容。
• IDirectFBSurface_Window_Flip实际上，普通Surface是不随便Flip的，因为它没有层次关系，直接刷新到屏幕上，整个显示就会乱了，所以只有DSCAPS_FLIPPING能力的特殊Surface才允许Flip。与窗口关联的Surface重载了Flip函数，用IDirectFBSurface_Window_Flip代替了IDirectFBSurface_Flip，这样Surface Flip的时候，它会调用dfb_window_repaint更新整个窗口栈中的窗口。
• wm_update_window这是窗口栈中的update函数，由dfb_window_repaint调用过来。它会根据窗口栈中窗口的层次和位置关系，决定哪些窗口的区域要更新，这部分代码相对来说是有点复杂的。
• dfb_layer_region_flip_update这是真正Flip了，它会调用primaryUpdateRegion去Flip。
• 谁能更新物理屏幕?对于fbdev，master和slave都可以更新。对于x11只有master可以更新，slave通过fusion_call_execute请求master更新。

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