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（原創）android PowerManager分析（非常詳細）

概述

一直以來,電源管理是電子產品設計中非常重要的環節，也是任何電子裝置中最為重要的系統模組之一，優秀的電源管理方案，能夠提供持久的續航能力，良好的使用者體驗，更能提升電子產品的競爭力。

移動裝置的電量主要由兩種元件消耗：CPU和顯示屏，因此設法降低這兩種元件的耗電量就是電源管理的關鍵，為移動裝置設計的CPU大多有兩種工作頻率，為了省電，大部分時間內cpu都工作在降低頻率下，只有進行密集計算時，如視訊解碼才會切換到高頻狀態，而顯示屏省電的方法是儘量減少亮屏時間，但是顯示屏的開關和應用有很大的關係，因此係統中需要有一套機制來控制顯示屏的開關和亮度，這也是電源管理的主要工作。

電源管理架構

Android的電源管理主要是通過wakelock機制來管理系統的狀態，整個android電源管理，可以分為四個層次：應用介面層（PowerManager.java）,Framework層（PowerManagerService.java）,HAL層（Power.c），和核心層（kernel/Power）。

應用介面層:PowerManager中開放給應用一系列介面，應用可以呼叫PM的介面申請wakelock，喚醒系統，使系統進入睡眠等操作；

Framework層：應用呼叫PowerManager開放的介面，來對系統進行一些列的操作是在PowerManagerService中完成的，PowerManagerService計算系統中和Power相關的計算，是整個電源管理的決策系統。同時協調Power如何與系統其它模組的互動，比如亮屏，暗屏，系統睡眠，喚醒等等。

HAL層：該層只有一個power.c檔案，該檔案通過上層傳下來的引數，向/sys/power/wake_lock或者/sys/power/wake_unlock檔案節點寫資料來與kernel進行通訊，主要功能是申請/釋放鎖，維持螢幕亮滅

Kernel層：核心層實現電源管理的方案主要包含三個部分：

1、Kernel/power/：實現了系統電源管理框架機制。

2、Arch/arm(ormips or powerpc)/mach-XXX/pm.c：實現對特定板的處理器電源管理。

3、drivers/power：是裝置電源管理的基礎框架，為驅動提供了電源管理介面。

Android電源管理框架如下圖

：

電源管理服務——PowerManagerService

PowerManagerServcie是android系統電源管理的核心服務，它在Framework層建立起一個策略控制方案，向下決策HAL層以及kernel層來控制裝置待機狀態，控制顯示屏，背光燈，距離感測器，光線感測器等硬體裝置的狀態。向上提供給應用程式相應的操作介面，比如聽音樂時持續保持系統喚醒，應用通知來臨喚醒手機螢幕等場景

啟動過程

SystemServer在系統啟動的時候會啟動三類服務：引導關鍵服務，核心服務，其他服務；PowerManagerService是在SystemServer中建立的，並將其作為一個系統服務加入到ServiceManager中：

mPowerManagerService = mSystemServiceManager.startService(PowerManagerService.class);

在啟動引導關鍵服務呼叫startBootstrapServices()，其中各種服務都是通過SystemServiceManager中的startService()函式來啟動：

public <T extends SystemService> T startService(Class<T> serviceClass) {

final String name = serviceClass.getName();

final T service;

            Constructor<T> constructor = serviceClass.getConstructor(Context.class);

            service = constructor.newInstance(mContext);

mServices.add(service);//註冊服務到服務列表中去

service.onStart();//啟動服務

}

在啟動PowerManagerService時，傳入的引數類是PowerManagerService，在startService()中首先呼叫PowerManagerService的建構函式，然後呼叫其onStart()函式

PowerManagerServcie的建構函式：

mHandler = new PowerManagerHandler(mHandlerThread.getLooper());synchronized (mLock) {mWakeLockSuspendBlocker = createSuspendBlockerLocked("PowerManagerService.WakeLocks");mDisplaySuspendBlocker = createSuspendBlockerLocked("PowerManagerService.Display");mDisplaySuspendBlocker.acquire();

mWakefulness = WAKEFULNESS_AWAKE;

nativeInit(); 

建立一個處理訊息和傳送訊息的執行緒mHandler，並且兩種標誌flag的wakelock鎖：PowerManagerService.WakeLocks和PowerManagerService.Display，前者是傳入到底層是控制cpu喚醒狀態，後者則是控制螢幕亮滅。在建構函式最後呼叫nativeInit();在native層初始化相關資源。將mWakefulness 置成WAKEFULNESS_AWAKE狀態，mWakefulness 標識系統當前狀態共有四種定義：

WAKEFULNESS_ASLEEP：表示系統當前處於休眠狀態，只能被wakeUp()呼叫喚醒。

WAKEFULNESS_AWAKE：表示系統目前處於正常執行狀態。

WAKEFULNESS_DREAMING：表示系統當前正處於屏保的狀態。

WAKEFULNESS_DOZING：表示系統正處於“doze”狀態。這種狀態下只有低耗電的“屏保”可以執行，其他應用程序都被掛起。

在SystemServer中startService中呼叫到PowerManagerService建構函式做完初始化操作之後便會呼叫PowerManagerService的onStart()函式：

publishBinderService(Context.POWER_SERVICE, new BinderService());

publishLocalService(PowerManagerInternal.class, new LocalService());

        Watchdog.getInstance().addMonitor(this);

        Watchdog.getInstance().addThread(mHandler);

Onstart完成的工作就是將POWER_SERVICE作為Binder的服務端，註冊到SystemService中去；將PowerManagerInternal註冊到本地服務中，將自己加到watchdog的監控佇列中去;將之前在建構函式中建立的mHandler物件加入到watchdog的中，用於監視mHandler的looper是否空閒;

系統準備工作

SystemServer在呼叫PowerManagerService之後還會呼叫其SystemReady，相當於在系統準備就緒後對PowerManagerService再進行一些初始化工作。SystemReady()方法程式碼如下：

mAppOps = appOps;

mDreamManager = getLocalService(DreamManagerInternal.class);

mDisplayManagerInternal = getLocalService(DisplayManagerInternal.class);

mPolicy = getLocalService(WindowManagerPolicy.class);

mBatteryManagerInternal = getLocalService(BatteryManagerInternal.class);

PowerManager pm = (PowerManager) mContext.getSystemService(Context.POWER_SERVICE);

mScreenBrightnessSettingMinimum = pm.getMinimumScreenBrightnessSetting();

mScreenBrightnessSettingMaximum = pm.getMaximumScreenBrightnessSetting();

mScreenBrightnessSettingDefault = pm.getDefaultScreenBrightnessSetting();

獲取與PowerManager相關的本地服務，比如屏保（mDreamManager），螢幕顯示（mDisplayManagerInternal），視窗策略（mPolicy），電池電量（mBatteryManagerInternal）等服務，然後初始化螢幕最大亮度，最小亮度，和預設亮度；

SensorManager sensorManager = new SystemSensorManager(mContext, mHandler.getLooper());

mBatteryStats = BatteryStatsService.getService();

mNotifier = new Notifier(Looper.getMainLooper(), mContext, mBatteryStats,mAppOps, createSuspendBlockerLocked("PowerManagerService.Broadcasts"),mPolicy);

mWirelessChargerDetector = new WirelessChargerDetector(sensorManager,        createSuspendBlockerLocked("PowerManagerService.WirelessChargerDetector"), mHandler);

mSettingsObserver = new SettingsObserver(mHandler);

mLightsManager = getLocalService(LightsManager.class);

mAttentionLight = mLightsManager.getLight(LightsManager.LIGHT_ID_ATTENTION);

建立sensorManager 物件，用於與sensor互動，比如距離感測器，光線感測器，加速度感測器（doze上使用）。獲取電池狀態服務，和背光服務；

建立mNotifier 物件，在通過mNotifier 傳送通知時候，會傳入底層申請PowerManagerService.Broadcasts的wakelock鎖。

建立mSettingsObserver 監聽系統設定變化，比如亮屏時間，自動背光，螢幕亮度，屏保，低電模式等等

總而言之在SystemReady方法中完成的主要工作如下：

獲取與PowerManagerServcie相關的系統服務以及本地服務；

獲取螢幕最大，最小以及預設亮度值；

建立SensorManager 物件，用於和SensorService互動；

建立Notifier物件，用於通知系統中電源狀態的改變；

建立WirelessChargerDetector物件，用於檢測無線充電的感測器（市面上支援的手機較少）

呼叫DisplayManagerService的initPowerManagement()方法來初始化Power顯示模組。

註冊SettingsObserver監聽系統設定的變化

PowerManagerServcie的啟動初始化過程如下：

相關介面

PowerManager嚮應用提供了相應的介面，以供應用程式呼叫，來改變系統待機狀態，螢幕狀態，螢幕亮度等，PowerManager是PowerManagerService的代理類，PowerManager向上層應用提供互動的介面，具體的處理工作在PowerManagerService中完成。下面介紹PowerManager中提供的相應介面作用：

Wakeup()：強制系統從睡眠狀態喚醒，此介面對應用是不開放的，應用想喚醒系統必須通過設定亮屏標誌（後面即將講到）；

gotoSleep()：強制系統進入到睡眠狀態，此介面也是應用不開放。

userActivity()：向PowerManagerService報告影響系統休眠的使用者活動，重計算滅屏時間，背光亮度等，例如觸屏，劃屏，power鍵等使用者活動；

Wakelock：wakelock是PowerManager的一個內部類，提供了相關的介面來操作wakelock鎖，比如newWakeLock()方法來建立wakelock鎖，acquire()和release()方法來申請和釋放鎖。

isDeviceIdleMode()：返回裝置當前的狀態，如果處於Idle狀態，則返回true，Idle狀態是在手機長時間沒有被使用以及沒有運動的情況下，手機進入到一種Doze低功耗的模式下，這種狀態下手機可能會關掉網路資料訪問，可以通過監視DEVICE_IDLE_MODE_CHANGED這個廣播資訊，來監控手機狀態的改變

喚醒——wakeup

PowerManager的wakeup介面屬性是@hide的，所以對於上層應用是不可見的，上層應用要喚醒系統大都依靠兩種方式：1.在應用啟動Activity時候設定相應的window的flags，通過WMS來喚醒系統；2.在應用申請wakelock鎖時附帶ACQUIRE_CAUSES_WAKEUP標誌；

Wakeup流程如下圖所示

PowerManager的wakeup介面，可供應用程式呼叫，來強制喚醒系統，如果該裝置處於睡眠狀態，呼叫該介面會立即喚醒系統，比如按Power鍵，來電，鬧鐘等場景都會呼叫該介面。喚醒系統需要android.Manifest.permission#DEVICE_POWER的許可權；

我們來看看PowerManagerServcie中wakeup介面的程式碼：

mContext.enforceCallingOrSelfPermission(android.Manifest.permission.DEVICE_POWER, null);

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