PowerManagerService 电源管理架构初识

1. 电源管理架构

PowerManagerService是android系统电源管理的核心服务。
PowerManagerService在Framework层本质为策略控制方案，其作用为：

向上提供给应用程序接口，例如音频场景中保持系统唤醒、消息通知中唤醒手机屏幕场景；
向下决策HAL层以及Kernel层来控制设备待机状态，控制显示屏、背光灯、距离传感器、光线传感器等硬件设备的状态；

2. 电源管理的4个层次

应用接口层(PowerManager.java)
PowerManager 中开发给应用一系列接口，应用可以调用PM的接口申请wakelock，让系统唤醒或休眠；
Framework层(PowerManagerService.java)
应用调用PowerManager开发的接口的实现方为 PowerManagerService;
PowerManagerService是整个电源管理的决策系统，例如亮灭屏、系统唤醒休眠;
Hal层(Power.c)
该层只有一个power.c文件。通过接受上层参数，向/sys/power/wake_lock或/sys/power/wake_unlock文件节点写数据来与Kernel进行通信。主要功能为申请/释放锁，维持屏幕亮灭;
内核层(Kernel/Power)

实现系统电源管理框架机制：Kernel/power/
实现对特定板的处理器电源管理:Arch/arm/match-xxx/pm.c
电源驱动为设备电源管理提供基础框架: Drivers/power

3. 电源管理服务 - PowerManagerService

frameworks/base/services/core/java/com/android/server/power/PowerManagerService.java
负责管理、协调设备电源管理的系统服务之一，设备中常见功能如亮灭屏、亮度调节、低电量模式、保持CPU唤醒都是通过PMS进行协调和处理。

3.1 SystemServer startService PowerManagerService

PowerManagerService 继承SystemSerive即具备生命周期, SystemService系的服务都是在SystemServer中启动、注册到系统服务中，通过Binder和其他组件进行交互

故我们先看下SystemServer的启动流程。
SystemServer.main
->SystemServer.run
->->SystemServer.startBootstrapServices() 启动引导服务
->->->mPowerManagerService = mSystemServiceManager.startService(PowerManagerService.class); // 通过Java的newInstance()反射启动电源管理服务，好处是代码很解耦

#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e {font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .edge-thickness-normal{stroke-width:2px;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .actor{stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);fill:#ECECFF;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e text.actor>tspan{fill:black;stroke:none;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .actor-line{stroke:grey;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .messageLine0{stroke-width:1.5;stroke-dasharray:none;stroke:#333;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .messageLine1{stroke-width:1.5;stroke-dasharray:2,2;stroke:#333;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e #arrowhead path{fill:#333;stroke:#333;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .sequenceNumber{fill:white;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e #sequencenumber{fill:#333;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e #crosshead path{fill:#333;stroke:#333;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .messageText{fill:#333;stroke:#333;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .labelBox{stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);fill:#ECECFF;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .labelText,#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .labelText>tspan{fill:black;stroke:none;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .loopText,#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .loopText>tspan{fill:black;stroke:none;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .loopLine{stroke-width:2px;stroke-dasharray:2,2;stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);fill:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .note{stroke:#aaaa33;fill:#fff5ad;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .noteText,#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .noteText>tspan{fill:black;stroke:none;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .activation0{fill:#f4f4f4;stroke:#666;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .activation1{fill:#f4f4f4;stroke:#666;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .activation2{fill:#f4f4f4;stroke:#666;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .actorPopupMenu{position:absolute;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .actorPopupMenuPanel{position:absolute;fill:#ECECFF;box-shadow:0px 8px 16px 0px rgba(0,0,0,0.2);filter:drop-shadow(3px 5px 2px rgb(0 0 0 / 0.4));}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .actor-man line{stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);fill:#ECECFF;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e .actor-man circle,#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e line{stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);fill:#ECECFF;stroke-width:2px;}#mermaid-svg-otf0DIFkL066fe5e :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;}PowerManagerServiceDreamManagerServiceDisplayManagerServiceDisplayPowerControlleronStart():publishBinderService/publishLocalServiceonBootPhase():mDirty |= DIRTY_BOOT_COMPLETEDsystemReady():mDreamManagersystemReady():mDisplayManagerInternalinitPowerManagementPowerManagerServiceDreamManagerServiceDisplayManagerServiceDisplayPowerController

3.2 PowerManagerService 的构造函数

建立Handle: 消息发送与处理
2种WakeLock锁，分别为 mWakeLockSuspendBlocker 和 mDisplaySuspendBlocker
a. mDisplaySuspendBlocker：上层调用，控制屏幕的点亮和息屏
b. mWakeLockSuspendBlocker: 系统内部调用，控制CPU的唤醒

PowerManagerService(Context context, Injector injector) {...mHandlerThread = new ServiceThread(TAG,Process.THREAD_PRIORITY_DISPLAY, false /*allowIo*/);mHandlerThread.start();mHandler = injector.createHandler(mHandlerThread.getLooper(),new PowerManagerHandlerCallback());...// 控制CPU的唤醒mWakeLockSuspendBlocker =mInjector.createSuspendBlocker(this, "PowerManagerService.WakeLocks");// 控制屏幕的点亮和息屏mDisplaySuspendBlocker =mInjector.createSuspendBlocker(this, "PowerManagerService.Display");...
}看到上述的2个锁，让我联系到经常使用的如下FlagFlag Value                 CPU        Screen      KeyboardPARTIAL_WAKE_LOCK            On           Off         Off 0x00000001 1SCREEN_DIM_WAKE_LOCK         On           Dim         Off 0x00000006 6SCREEN_BRIGHT_WAKE_LOCK      On           Bright      Off 0x0000000a 10FULL_WAKE_LOCK               On           Bright      Bright 0x0000001a 26

3.3 PowerManagerService.onStart()

Onstart的作用：

将 POWER_SERVICE 注册到 Binder 服务端，这样其他模块就可以通过Binder获取实例。同理当进行本地注册后，只有在Sysem进程才能获得到其实例。
设置 Watchdog 监视 PowerManagerService 和 Handler

      @Overridepublic void onStart() {// 其他模块就可以通过Binder获取实例publishBinderService(Context.POWER_SERVICE, mBinderService, /* allowIsolated= */ false,DUMP_FLAG_PRIORITY_DEFAULT | DUMP_FLAG_PRIORITY_CRITICAL);// 当进行本地注册后，只有在Sysem进程才能获得到其实例publishLocalService(PowerManagerInternal.class, mLocalService);Watchdog.getInstance().addMonitor(this);Watchdog.getInstance().addThread(mHandler);}

3.4 PowerManagerService.systemReady()

systemReady()函数作用：初始化工作，即我们可以看到电源管理策略的需要用的功能初始化。

初始化互动屏保
初始化屏幕显示管理服务
初始化电池管理服务
获取屏幕亮度信息
获取传感器管理服务
初始化电量统计服务
SettingsProvier监听
LED指示灯管理服务
初始化屏幕显示服务
广播相关：电池广播、用户切换广播
更新电源相关信息

例如我们在做冻结策略、场景识别策略的ROM定制也大体都是在 systemReady 进行init

public void systemReady(IAppOpsService appOps) {...mDreamManager = getLocalService(DreamManagerInternal.class); // 1. 初始化互动屏保mDisplayManagerInternal = getLocalService(DisplayManagerInternal.class);// 2. 初始化屏幕显示管理服务mBatteryManagerInternal = getLocalService(BatteryManagerInternal.class);// 3. 初始化电池管理服务SensorManager sensorManager = new SystemSensorManager(mContext, mHandler.getLooper());//5. 获取传感器管理服务mBatteryStats = BatteryStatsService.getService();//6. 初始化电量统计服务mLightsManager = getLocalService(LightsManager.class);//8. LED指示灯管理服务mAttentionLight = mLightsManager.getLight(LightsManager.LIGHT_ID_ATTENTION);//8. LED指示灯管理服务mDisplayManagerInternal.initPowerManagement(mDisplayPowerCallbacks, mHandler, sensorManager);// 9. 初始化屏幕显示服务// 整个 PMS 中最重要的方法updatePowerStateLocked();// 11. 更新电源相关信息...
}

总结一下：SystemReady完成的工作主要如下：

获取与PowerManangerService相关的系统服务以及本地服务；
获取屏幕最大、最小以及默认亮度值
创建SensorManager对象用于与SensorService交互
创建Notifier对象，用户通知系统电源状态的改变
调用DisplayManangerService的initPowerMannagerMent()方法来初始化Power显示模块
注册SettingsObserver监听系统设置的变化

3.5 PowerManager 的相关接口

PowerMananger 是PowerManangerService的代理类，PowerMananger向上层应用提供交互的接口。上层调用对应的接口后，具体的工作内容交予PowerManangerService完成。可以重点关注如下接口：

wakeUp()
hide接口，不开放给应用。作用：强制系统从睡眠状态唤醒。
gotoSleep()
hide接口，不开放给应用。作用：强制系统进入睡眠状态
userActivity()
向PowerManagerService报告影响系统休眠的用户活动，重新计算灭屏时间，背光亮度，例如触屏、滑屏、power键等用户行为。
Wakelock（特别常用）
wakelock是PowerManager的一个内部类，提供了相关的接口来操作wakelock锁。应用层可以使用newWakeLock方法创建wakelock锁，使用acquire()和release()来申请和释放锁。例如如下demo的使用

package com.sufadi.commlib.utilsimport android.annotation.SuppressLint
import android.content.Context
import android.os.PowerManager/*Flag Value                 CPU        Screen      KeyboardPARTIAL_WAKE_LOCK            On           Off         Off 0x00000001 1SCREEN_DIM_WAKE_LOCK         On           Dim         Off 0x00000006 6SCREEN_BRIGHT_WAKE_LOCK      On           Bright      Off 0x0000000a 10FULL_WAKE_LOCK               On           Bright      Bright 0x0000001a 26*/
object AlertWakeLock {private val TAG = "AlertWakeLock"private var sCpuWakeLock: PowerManager.WakeLock? = null@SuppressLint("InvalidWakeLockTag")internal fun createPartialWakeLock(context: Context): PowerManager.WakeLock? {// 第一步：获取PowerManager的实例val pm = context.getSystemService(Context.POWER_SERVICE) as PowerManager ?: return null// 第二步：调用PowerManager中的newWakeLock方法创建一个WakeLock对象return pm.newWakeLock(PowerManager.SCREEN_DIM_WAKE_LOCK, TAG)//return pm.newWakeLock(PowerManager.FULL_WAKE_LOCK | PowerManager.ACQUIRE_CAUSES_WAKEUP | PowerManager.ON_AFTER_RELEASE, TAG);}fun acquireCpuWakeLock(context: Context) {if (sCpuWakeLock != null) {return}sCpuWakeLock = createPartialWakeLock(context)// 第三步：acquire()获取相应的锁sCpuWakeLock!!.acquire()}fun releaseCpuLock() {if (sCpuWakeLock != null) {// 最后：release释放sCpuWakeLock!!.release()sCpuWakeLock = null}}
}

isDeviceIdleMode
查看是否进入了Doze低功耗模式