Framework de sincronización

El framework de sincronización describe de forma explícita las dependencias entre diferentes operaciones asíncronas en el sistema gráfico de Android. El framework proporciona una API que permite que los componentes indiquen cuándo se liberan los búferes. El framework también permite que las primitivas de sincronización se pasen entre los controladores del kernel al espacio de usuario y entre los procesos del espacio de usuario.

Por ejemplo, una aplicación puede poner en cola el trabajo que se realizará en la GPU. La GPU comienza a dibujar esa imagen. Aunque la imagen aún no se dibujó en la memoria, el puntero del búfer se pasa al compositor de ventanas junto con una cerca que indica cuándo terminará el trabajo de la GPU. El compositor de ventanas comienza a procesar con anticipación y le pasa el trabajo al controlador de pantalla. De manera similar, el trabajo de la CPU se realiza con anticipación. Una vez que termina la GPU, el controlador de pantalla muestra la imagen de inmediato.

El framework de sincronización también permite a los implementadores aprovechar los recursos de sincronización en sus propios componentes de hardware. Por último, el marco de trabajo proporciona visibilidad en la canalización de gráficos para ayudar con la depuración.

Sincronización explícita

La sincronización explícita permite que los productores y consumidores de búferes de gráficos indiquen cuándo terminaron de usar un búfer. La sincronización explícita se implementa en el espacio del kernel.

Estos son algunos de los beneficios de la sincronización explícita:

  • Menos variación de comportamiento entre dispositivos
  • Mejor compatibilidad con la depuración
  • Métricas de prueba mejoradas

El framework de sincronización tiene tres tipos de objetos:

  • sync_timeline
  • sync_pt
  • sync_fence

sync_timeline

sync_timeline es un cronograma que aumenta monótonamente que los proveedores deben implementar para cada instancia de controlador, como un contexto de GL, un controlador de pantalla o un blitter 2D. sync_timeline cuenta las tareas enviadas al kernel para un hardware en particular. sync_timeline proporciona garantías sobre el orden de las operaciones y habilita implementaciones específicas de hardware.

Sigue estos lineamientos cuando implementes sync_timeline:

  • Proporciona nombres útiles para todos los controladores, cronogramas y cercas para simplificar la depuración.
  • Implementa los operadores timeline_value_str y pt_value_str en los cronogramas para que el resultado de la depuración sea más legible.
  • Si lo deseas, implementa el relleno driver_data para brindar a las bibliotecas del espacio de usuario, como la biblioteca de GL, acceso a los datos de la línea de tiempo privada. data_driver permite que los proveedores pasen información sobre los sync_fence y sync_pts inmutables para compilar líneas de comandos basadas en ellos.
  • No permitas que el espacio de usuario cree o señale una cerca de forma explícita. Crear de forma explícita indicadores o cercas genera un ataque de denegación de servicio que detiene la funcionalidad de la canalización.
  • No accedas a los elementos sync_timeline, sync_pt ni sync_fence de forma explícita. La API proporciona todas las funciones necesarias.

sync_pt

sync_pt es un valor o punto único en un sync_timeline. Un punto tiene tres estados: activo, con señal y de error. Los puntos comienzan en el estado activo y pasan a los estados de error o de señal. Por ejemplo, cuando un consumidor de imágenes ya no necesita un búfer, se indica un sync_pt para que un productor de imágenes sepa que está bien volver a escribir en el búfer.

sync_fence

sync_fence es una colección de valores sync_pt que, a menudo, tienen diferentes elementos superiores sync_timeline (como para el controlador de pantalla y la GPU). sync_fence, sync_pt y sync_timeline son las primitivas principales que usan los controladores y el espacio de usuario para comunicar sus dependencias. Cuando se marca una cerca, se garantiza que todos los comandos emitidos antes de la cerca estén completos, ya que el controlador del kernel o el bloque de hardware ejecutan los comandos en orden.

El framework de sincronización permite que varios consumidores o productores indiquen cuando terminan de usar un búfer y comunicar la información de dependencia con un parámetro de función. Los límites están respaldados por un descriptor de archivo y se pasan del espacio del kernel al espacio del usuario. Por ejemplo, un límite puede contener dos valores sync_pt que indican cuándo dos consumidores de imágenes independientes terminan de leer un búfer. Cuando se marca el límite, los productores de imágenes saben que ambos consumidores ya terminaron de consumir.

Los límites, como los valores sync_pt, comienzan activos y cambian de estado según el estado de sus puntos. Si se marca todos los valores de sync_pt, se marca sync_fence. Si un sync_pt entra en un estado de error, todo el sync_fence tiene un estado de error.

La membresía en un sync_fence es inmutable después de que se crea el perímetro. Para obtener más de un punto en una cerca, se realiza una combinación en la que se agregan puntos de dos cercas distintas a una tercera. Si uno de esos puntos se marcó en la cerca de origen y el otro no, la tercera cerca tampoco estará en un estado marcado.

Para implementar la sincronización explícita, proporciona lo siguiente:

  • Un subsistema de espacio de kernel que implementa el framework de sincronización para un controlador de hardware en particular. Los controladores que deben ser compatibles con la cerca suelen ser todo lo que accede o se comunica con el compilador de hardware. Entre los archivos clave, se incluyen los siguientes:
    • Implementación principal:
      • kernel/common/include/linux/sync.h
      • kernel/common/drivers/base/sync.c
    • Documentación en kernel/common/Documentation/sync.txt
    • Biblioteca para comunicarse con el espacio del kernel en platform/system/core/libsync
  • El proveedor debe proporcionar las cercas de sincronización adecuadas como parámetros a las funciones validateDisplay() y presentDisplay() en el sistema HAL.
  • Dos extensiones de GL relacionadas con la cerca (EGL_ANDROID_native_fence_sync y EGL_ANDROID_wait_sync) y compatibilidad con la cerca en el controlador de gráficos

Caso de éxito: Implementa un controlador de pantalla

Para usar la API que admite la función de sincronización, desarrolla un controlador de pantalla que tenga una función de búfer de pantalla. Antes de que existiera el framework de sincronización, esta función recibía objetos dma-buf, colocaba esos búferes en la pantalla y bloqueaba mientras el búfer estaba visible. Por ejemplo:

/*
 * assumes buffer is ready to be displayed.  returns when buffer is no longer on
 * screen.
 */
void display_buffer(struct dma_buf *buffer);

Con el framework de sincronización, la función display_buffer es más compleja. Mientras se muestra un búfer, este se asocia con una cerca que indica cuándo estará listo. Puedes poner en cola y comenzar el trabajo después de que se despeje la cerca.

Poner en cola y comenzar el trabajo después de que se despeje la zona de exclusión no bloquea nada. Devuelves de inmediato tu propia cerca, lo que garantiza cuándo el búfer estará fuera de la pantalla. A medida que pones en cola los búferes, el kernel enumera las dependencias con el framework de sincronización:

/*
 * displays buffer when fence is signaled.  returns immediately with a fence
 * that signals when buffer is no longer displayed.
 */
struct sync_fence* display_buffer(struct dma_buf *buffer, struct sync_fence
*fence);

Integración de sincronización

En esta sección, se explica cómo integrar el framework de sincronización del espacio del kernel con las partes del espacio de usuario del framework de Android y los controladores que se deben comunicar entre sí. Los objetos de espacio del kernel se representan como descriptores de archivos en el espacio de usuario.

Convenciones de integración

Sigue las convenciones de la interfaz de HAL de Android:

  • Si la API proporciona un descriptor de archivo que hace referencia a un sync_pt, el controlador del proveedor o el HAL que usa la API deben cerrar el descriptor de archivo.
  • Si el controlador de proveedor o el HAL pasan un descriptor de archivo que contiene un sync_pt a una función de API, el controlador de proveedor o el HAL no deben cerrar el descriptor de archivo.
  • Para seguir usando el descriptor de archivo de cerca, el controlador del proveedor o el HAL deben duplicar el descriptor.

El nombre de un objeto de cerca se cambia cada vez que pasa por BufferQueue. La compatibilidad con la cerca del kernel permite que las cercas tengan cadenas para los nombres, de modo que el framework de sincronización use el nombre de la ventana y el índice de búfer que se pone en cola para nombrar la cerca, como SurfaceView:0. Esto es útil en la depuración para identificar la fuente de un interbloqueo, ya que los nombres aparecen en el resultado de /d/sync y los informes de errores.

Integración de ANativeWindow

ANativeWindow reconoce las cercas. dequeueBuffer, queueBuffer y cancelBuffer tienen parámetros de cerca.

Integración de OpenGL ES

La integración de sincronización de OpenGL ES se basa en dos extensiones de EGL:

  • EGL_ANDROID_native_fence_sync proporciona una forma de unir o crear descriptores de archivos de cerca nativa de Android en objetos EGLSyncKHR.
  • EGL_ANDROID_wait_sync permite interrupciones del lado de la GPU en lugar del lado de la CPU, lo que hace que la GPU espere a EGLSyncKHR. La extensión EGL_ANDROID_wait_sync es la misma que la extensión EGL_KHR_wait_sync.

Para usar estas extensiones de forma independiente, implementa la extensión EGL_ANDROID_native_fence_sync junto con la compatibilidad con el kernel asociada. A continuación, habilita la extensión EGL_ANDROID_wait_sync en el controlador. La extensión EGL_ANDROID_native_fence_sync consiste en un tipo de objeto EGLSyncKHR de cerca nativa distinto. Como resultado, las extensiones que se aplican a los tipos de objetos EGLSyncKHR existentes no se aplican necesariamente a los objetos EGL_ANDROID_native_fence, lo que evita interacciones no deseadas.

La extensión EGL_ANDROID_native_fence_sync emplea un atributo descriptor de archivo de cerca nativa correspondiente que se puede establecer solo en el momento de la creación y que no se puede consultar directamente desde un objeto de sincronización existente. Este atributo se puede establecer en uno de los siguientes dos modos:

  • Un descriptor de archivo de zona válida une un descriptor de archivo de zona nativo de Android existente en un objeto EGLSyncKHR.
  • -1 crea un descriptor de archivo de cerca nativo de Android a partir de un objeto EGLSyncKHR.

Usa la llamada a la función DupNativeFenceFD() para extraer el objeto EGLSyncKHR del descriptor de archivo de cerca nativo de Android. Esto tiene el mismo resultado que consultar el atributo set, pero se adhiere a la convención de que el destinatario cierra la cerca (de ahí la operación duplicada). Por último, destruir el objeto EGLSyncKHR cierra el atributo de cerca interna.

Integración de Hardware Composer

El Hardware Composer controla tres tipos de cercas de sincronización:

  • Los cercados de adquisición se pasan junto con los búferes de entrada a las llamadas setLayerBuffer y setClientTarget. Estos representan una operación de escritura pendiente en el búfer y deben indicarse antes de que SurfaceFlinger o HWC intenten leer del búfer asociado para realizar la composición.
  • Los cercados de lanzamiento se recuperan después de la llamada a presentDisplay con la llamada a getReleaseFences. Representan una lectura pendiente del búfer anterior en la misma capa. Una mediana de liberación indica cuando el HWC ya no usa el búfer anterior porque el búfer actual reemplazó el búfer anterior en la pantalla. Los límites de lanzamiento se devuelven a la app junto con los búferes anteriores que se reemplazarán durante la composición actual. La app debe esperar hasta que se envíe un indicador de cerca de liberación antes de escribir contenido nuevo en el búfer que se le devolvió.
  • Se muestran barreras presentes, una por fotograma, como parte de la llamada a presentDisplay. Los límites presentes representan cuándo se completó la composición de este fotograma o, de manera alternativa, cuándo ya no se necesita el resultado de la composición del fotograma anterior. En el caso de las pantallas físicas, presentDisplay muestra los límites presentes cuando el fotograma actual aparece en la pantalla. Después de que se devuelven los cierres presentes, es seguro volver a escribir en el búfer de destino de SurfaceFlinger, si corresponde. En el caso de las pantallas virtuales, se muestran cercas presentes cuando es seguro leer desde el búfer de salida.