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移除书签5.5.2 BatteryStatsService分析
BatteryStatsService（以后简称BSS）主要功能是收集系统中各模块和应用进程用电量情况。抽象地说，BSS就是一块“电表”，不过这块“电表”不只是显示总的耗电量，而是分门别类地显示耗电量，力图做到更为精准。
和其他服务不太一样的是，BSS的创建和注册是在ActivityManagerService中进行的，相关代码如下：
[—＞ActivityManagerService.java：ActivityManagerService]
private ActivityManagerService（）{
……//创建BSS对象，传递一个File对象，指向/data/system/batterystats.bin
mBatteryStatsService=new BatteryStatsService（new File（
systemDir，"batterystats.bin"）.toString（））；
}
BBS发布的代码如下：
[—＞ActivityManagerService.java：main]
//调用BSS的publish函数，在内部将其注册到ServiceManager
m.mBatteryStatsService.publish（context）；
下面来分析BSS的构造函数。
1.BatteryStatsService介绍
让人大跌眼镜的是，BSS其实只是一个壳，具体功能委托BatteryStatsImpl（以后简称BSImpl）来实现。BatteryStatsService的代码如下：
[—＞BatteryStatsService.java：BatteryStatsService]
BatteryStatsService（String filename）{
mStats=new BatteryStatsImpl（filename）；
}
图5-2展示了BSS及BSImpl的家族图谱。
图 5-2 BSS及BSImpl家族图谱
由图5-2可知：
BSS通过成员变量mStats指向一个BSImpl类型的对象。
BSImpl从BatteryStats类派生。更重要的是，该类实现了Parcelable接口，由此可知，BSImpl对象的信息可以写到Parcel包中，从而可通过Binder在进程间传递。实际上，在Android手机的设置中查到的用电信息就是来自BSImpl的。
BSS的getStatistics函数提供了查询系统用电信息的接口，该函数的代码如下：
[—＞BatteryStatsService：getStatistics]
public byte[]getStatistics（）{
mContext.enforceCallingPermission（//检查调用进程是否有BATTERY_STATS权限
android.Manifest.permission.BATTERY_STATS, null）；
Parcel out=Parcel.obtain（）；
mStats.writeToParcel（out，0）；//将BSImpl信息写到数据包中
byte[]data=out.marshall（）；//序列化为一个buffer，然后通过Binder传递
out.recycle（）；
return data；
}
由此可以看出，电量统计的核心类是BSImpl，下面就来分析它。
2.初识BSImpl
BSImpl功能是进行电量统计，那么是否存在计量工具呢？答案是肯定的，并且BSImpl使用了不止一种计量工具。
（1）计量工具和统计对象介绍
BSImpl一共使用了4种计量工具，如图5-3所示。
图 5-3 计量工具图例
由图5-3可知：
一共有两大类计量工具，Counter用于计数，Timer用于计时。
BSImpl实现了StopwatchTimer（秒表）、SamplingTimer（抽样计时）、Counter（计数器）和SamplingCounter（抽样计数）等4个具体的计量工具。
BSImpl中定义了一个Unpluggable接口。当手机插上USB线充电（不论是由交流电还是由USB供电）时，该接口的plug函数都被调用。反之，当拔去USB线时，该接口的unplug函数被调用。设置这个接口的目的是为了满足BSImpl对各种情况下系统用电量的统计要求。关于Unpluggable接口的作用，在后续内容中能见到。
虽然只有4种计量工具（笔者觉得已经相当多了），但是可以在很多地方使用它们。下面先来认识部分被挂牌要求统计用电量的对象，如表5-5所示。
表5-5中的电量统计项已经够多了吧？还不止这些，为了做到更精确，Android还希望能统计每个进程在各种情况下的耗电量。这是一项庞大的工程，怎么做到的呢？来看下一节的内容。
（2）BatteryStats. Uid介绍
在Android 4.0中，和进程相关的用电量统计并非以单个PID为划分单元，而是以Uid为组，相关类结构如图5-4所示。
由图5-4可知：
Wakelock用于统计该Uid对应进程使用WakeLock的用电情况。
Proc用于统计Uid中某个进程的电量使用情况。
Pkg用于统计某个特定Package的使用情况，其内部类Serv用于统计该Pkg中Service的用电情况。
Sensor用于统计传感器用电情况。
图 5-4 BatteryStats.Uid家族
基于以上的了解，以后分析将会轻松很多，下面来分析它的代码。
3.BSImpl流程分析
（1）构造函数分析
先分析构造函数，代码如下：
[—＞BatteryStatsImpl.java：BatteryStatsImpl]
public BatteryStatsImpl（String filename）{
//JournaledFile为日志文件对象，内部包含两个文件，原始文件和临时文件。目的是双备份，
//以防止在读写过程中文件信息丢失或出错
mFile=new JournaledFile（new File（filename），new File（filename+".tmp"））；
mHandler=new MyHandler（）；//创建一个Handler对象
mStartCount++；
//创建表5-5中的用电统计项对象
mScreenOnTimer=new StopwatchTimer（null，-1，null, mUnpluggables）；
for（int i=0；i＜NUM_SCREEN_BRIGHTNESS_BINS；i++）{
mScreenBrightnessTimer[i]=new StopwatchTimer（null，-100-i, null，
mUnpluggables）；
}
mInputEventCounter=new Counter（mUnpluggables）；
……
mOnBattery=mOnBatteryInternal=false；//设置这两位成员变量为false
initTimes（）；//①初始化统计时间
mTrackBatteryPastUptime=0；
mTrackBatteryPastRealtime=0；
mUptimeStart=mTrackBatteryUptimeStart=
SystemClock.uptimeMillis（）*1000；
mRealtimeStart=mTrackBatteryRealtimeStart=
SystemClock.elapsedRealtime（）*1000；
mUnpluggedBatteryUptime=getBatteryUptimeLocked（mUptimeStart）；
mUnpluggedBatteryRealtime=getBatteryRealtimeLocked（mRealtimeStart）；
mDischargeStartLevel=0；
mDischargeUnplugLevel=0；
mDischargeCurrentLevel=0；
initDischarge（）；//②初始化和电池level有关的成员变量
clearHistoryLocked（）；//③删除用电统计的历史记录
}
要看懂这段代码比较困难，主要原因是变量太多，并且没有注释说明。只能根据名字来推测了。在以上代码中除了计量工具外，还出现了三大类成员变量：
用于统计时间的成员变量，例如mUptimeStart、mTrackBatteryPastUptime等。这些参数的初始化函数为initTimes。注意，系统时间分为uptime和realtime。uptime和realtime的时间起点都从系统启动开始算（since the system was booted），但是uptime不包括系统休眠时间，而realtime包括系统休眠时间[1]。
用于记录各种情况下用于表电池电量的成员变量，如mDischargeStartLevel、mDischarge-CurrentLevel等，这些成员变量的初始化函数为initDischarge。
用于保存历史记录的HistroryItem，在clearHistoryLocked函数中初始化，主要有mHistory、mHistoryEnd等成员变量（这些成员变量在clearHistoryLocked函数中出现）。
上述这些成员变量的具体作用，只有通过后文的分析才能弄清楚。这里先介绍StopwacherTimer。
//调用方式
mPhoneSignalScanningTimer=new StopwatchTimer（null，-200+1，
null, mUnpluggables）；
//mUnpluggables类型为ArrayList＜Unpluggable＞，用于保存插拔USB线时需要对应更新用电
//信息的统计对象
//StopwatchTimer的构造函数
StopwatchTimer（Uid uid, int type, ArrayList＜StopwatchTimer＞timerPool，
ArrayList＜Unpluggable＞unpluggables）{
//在本例中，uid为0，type为负数，timerPool为空，unpluggables为mUnpluggables
super（type, unpluggables）；
mUid=uid；
mTimerPool=timerPool；
}
//Timer的构造函数
Timer（int type, ArrayList＜Unpluggable＞unpluggables）{
mType=type；
mUnpluggables=unpluggables；
unpluggables.add（this）；
}
在StopwatchTimer中比较难理解的就是unpluggables，根据注释说明，当插拔USB线时，需要更新用电统计的对象，应该将其加入到mUnpluggables数组中。
在启动秒表时，调用它的startRunningLocked函数，并传入BSImpl实例，代码如下：
[—＞BatteryStatsImpl.java：StopwatchTimer.startRuningLocked]
void startRunningLocked（BatteryStatsImpl stats）{
if（mNesting++==0）{//嵌套调用控制
//getBatteryRealtimeLocked函数返回总的电池使用时间
mUpdateTime=stats.getBatteryRealtimeLocked（
SystemClock.elapsedRealtime（）*1000）；
if（mTimerPool！=null）{//不讨论这种情况
}
mCount++；
mAcquireTime=mTotalTime；//计数控制，请读者阅读相关注释说明
}
}
当停用秒表时，调用它的stopRunningLocked函数，代码如下：
[—＞BatteryStatsImpl.java：StopwatchTimer.stopRunningLocked]
void stopRunningLocked（BatteryStatsImpl stats）{
if（mNesting==0）{
return；//嵌套控制
}
if（—mNesting==0）{
if（mTimerPool！=null）{//不讨论这种情况
}else{
final long realtime=SystemClock.elapsedRealtime（）*1000；
//计算此次启动/停止周期的时间
final long batteryRealtime=stats.getBatteryRealtimeLocked（realtime）；
mNesting=1；
//mTotalTime代表从启动开始该秒停表一共记录的时间
mTotalTime=computeRunTimeLocked（batteryRealtime）；
mNesting=0；
}
if（mTotalTime==mAcquireTime）mCount—；
}
}
在StopwatchTimer中定义了很多的时间参数，这些参数用于记录各种时间，例如总耗时、最近一次工作周期的耗时等。如果不是工作需要（例如研究Settings应用中和BatteryInfo相关的内容），读者仅需了解它的作用即可。
（2）ActivityManagerService和BSS交互
ActivityManagerService创建BSS后，还要进行几项操作，具体代码分别如下：
[—＞ActivityManagerService. java：ActivityManagerService构造函数]
mBatteryStatsService=new BatteryStatsService（new File（
systemDir，"batterystats.bin"）.toString（））；
//操作通过BSImpl创建JournaledFile文件
mBatteryStatsService.getActiveStatistics（）.readLocked（）；
mBatteryStatsService.getActiveStatistics（）.writeAsyncLocked（）；
//BSImpl的getIsOnBattery返回mOnBattery变量，初始化值为false
mOnBattery=DEBUG_POWER?true
：mBatteryStatsService.getActiveStatistics（）.getIsOnBattery（）；
//设置回调，该回调也用于信息统计，留到介绍ActivityManagerService时再来分析
mBatteryStatsService.getActiveStatistics（）.setCallback（this）；
[—＞ActivityManagerService.java：main]
m.mBatteryStatsService.publish（context）；
[—＞BatteryStatsService.java：publish]
public void publish（Context context）{
mContext=context；
//注意，BSS服务称为batteryinfo，而BatteryService服务称为battery
ServiceManager.addService（"batteryinfo"，asBinder（））；
//PowerProfile见下文解释
mStats.setNumSpeedSteps（new PowerProfile（mContext）.getNumSpeedSteps（））；
//设置通信信号扫描超时时间
mStats.setRadioScanningTimeout（mContext.getResources（）.getInteger（
com.android.internal.R.integer.config_radioScanningTimeout）
*1000L）；
}
在以上代码中，比较有意思的是PowerProfile类，它将解析Android 4.0源代码/frameworks/base/core/res/res/xml/power_profile.xml文件。此XML文件存储的是各种操作（和硬件相关）的耗电情况，如图5-5所示。
图 5-5 PowerProfile文件示例
由图5-5可知，该文件保存了各种操作的耗电情况，以mA h（毫安时）为单位。Power-Profile的getNumSpeedSteps将返回CPU支持的频率值，目前在该XML中只定义了一个值，即400MHz。
注意 在编译时，各厂家会将特定硬件平台的power_profile.xml复制到输出目录。此处展示的power_profile.xml和硬件平台无关。
（3）BatteryService和BSS交互
BatteryService在它的processValues函数中和BSS交互，processValues函数的代码如下：
[—＞BatteryService.java：processValues]
private void processValues（）{
……
mBatteryStats.setBatteryState（mBatteryStatus, mBatteryHealth, mPlugType，
mBatteryLevel, mBatteryTemperature, mBatteryVoltage）；
}
BSS的工作由BSImpl来完成，BsImpl的setBatteryState函数的代码如下：
[—＞BatteryStatsImpl.java：setBatteryState]
public void setBatteryState（int status, int health, int plugType, int level，
int temp, int volt）{
synchronized（this）{
boolean onBattery=plugType==BATTERY_PLUGGED_NONE；//判断是否为电池供电
int oldStatus=mHistoryCur.batteryStatus；
……
if（onBattery）{
//mDischargeCurrentLevel记录当前使用电池供电时的电池电量
mDischargeCurrentLevel=level；
mRecordingHistory=true；//mRecordingHistory表示需要记录一次历史值
}
//此时，onBattery为当前状态，mOnBattery为历史状态
if（onBattery！=mOnBattery）{
mHistoryCur.batteryLevel=（byte）level；
mHistoryCur.batteryStatus=（byte）status；
mHistoryCur.batteryHealth=（byte）health；
……//更新mHistoryCur中的电池信息
setOnBatteryLocked（onBattery, oldStatus, level）；
}else{
boolean changed=false；
if（mHistoryCur.batteryLevel！=level）{
mHistoryCur.batteryLevel=（byte）level；
changed=true；
}
……//判断电池信息是否发生变化
if（changed）{//如果发生变化，则需要增加一次历史记录
addHistoryRecordLocked（SystemClock.elapsedRealtime（））；
}
}
if（！onBattery＆＆status==BatteryManager.BATTERY_STATUS_FULL）{
mRecordingHistory=false；
}
}
}
setBatteryState函数的工作如下：判断当前供电状态是否发生变化，由onBattery和mOnBattery进行比较决定。其中onBattery用于判断当前是否为电池供电，mOnBattery为上次调用该函数时得到的判断值。如果供电状态发生变化（其实就是经历一次USB拔插过程），则调用setOnBatteryLocked函数。如果供电状态未发生变化，则需要判断电池信息是否发生变化，例如电量和电压等。如果发生变化，则调用addHistoryRecordLocked。该函数用于添加一次历史记录。
接下来看setOnBatteryLocked函数的代码：
[—＞BatteryStatsImpl.java：setOnBatteryLocked]
void setOnBatteryLocked（boolean onBattery, int oldStatus, int level）{
boolean doWrite=false；
//发送一个消息给mHandler，将在内部调用ActivityManagerService设置的回调函数
Message m=mHandler.obtainMessage（MSG_REPORT_POWER_CHANGE）；
m.arg1=onBattery?1：0；
mHandler.sendMessage（m）；
mOnBattery=mOnBatteryInternal=onBattery；
long uptime=SystemClock.uptimeMillis（）*1000；
long mSecRealtime=SystemClock.elapsedRealtime（）；
long realtime=mSecRealtime*1000；
if（onBattery）{
//关于电量信息统计，有一个值得注意的地方：当oldStatus为满电状态，或当前电量
//大于90，或mDischargeCurrentLevel小于20并且当前电量大于80时，要清空统计
//信息，以开始新的统计。也就是说在满足特定条件的情况下，电量使用统计信息会清零并重
//新开始。读者不妨用自己手机试一试
if（oldStatus==BatteryManager.BATTERY_STATUS_FULL||level＞=90
||（mDischargeCurrentLevel＜20＆＆level＞=80））{
doWrite=true；
resetAllStatsLocked（）；
mDischargeStartLevel=level；
}
//读取/proc/wakelock文件，该文件反映了系统Wakelock的使用状态，
//感兴趣的读者可自行研究
updateKernelWakelocksLocked（）；
mHistoryCur.batteryLevel=（byte）level；
mHistoryCur.states＆=～HistoryItem.STATE_BATTERY_PLUGGED_FLAG；
//添加一条历史记录
addHistoryRecordLocked（mSecRealtime）；
//mTrackBatteryUptimeStart表示使用电池的开始时间，由uptime表示
mTrackBatteryUptimeStart=uptime；
//mTrackBatteryRealtimeStart表示使用电池的开始时间，由realtime表示
mTrackBatteryRealtimeStart=realtime；
//mUnpluggedBatteryUptime记录总的电池使用时间（不论中间插拔多少次）
mUnpluggedBatteryUptime=getBatteryUptimeLocked（uptime）；
//mUnpluggedBatteryRealtime记录总的电池使用时间
mUnpluggedBatteryRealtime=getBatteryRealtimeLocked（realtime）；
//记录电量
mDischargeCurrentLevel=mDischargeUnplugLevel=level；
if（mScreenOn）{
mDischargeScreenOnUnplugLevel=level；
mDischargeScreenOffUnplugLevel=0；
}else{
mDischargeScreenOnUnplugLevel=0；
mDischargeScreenOffUnplugLevel=level；
}
mDischargeAmountScreenOn=0；
mDischargeAmountScreenOff=0；
//调用doUnplugLocked函数
doUnplugLocked（mUnpluggedBatteryUptime, mUnpluggedBatteryRealtime）；
}else{
……//处理使用USB充电的情况，请读者在上面讨论的基础上自行分析
}
……//记录信息到文件
}
}
doUnplugLocked函数将更新对应信息，该函数比较简单，无须赘述。另外，addHistory-RecordLocked函数用于增加一条历史记录（由HistoryItem表示），读者也可自行研究。
从本节的分析可知，Android将电量统计分得非常细，例如由电池供电的情况要统计，由USB/AC充电的情况也要统计，因此有了setBatteryState函数。
（4）PowerManagerService和BSS交互
PMS和BSS交互是最多的，此处以noteScreenOn和noteUserActivity为例，来介绍BSS到底是如何统计电量的。
先来看noteScreenOn函数。当开启屏幕时，PMS会调用BSS的noteScreenOn以通知屏幕开启，该函数在内部调用BSImpl的noteScreenOnLocked，其代码如下：
[—＞BatteryStatsImpl. java：noteScreenOnLocked]
public void noteScreenOnLocked（）{
if（！mScreenOn）{
mHistoryCur.states|=HistoryItem.STATE_SCREEN_ON_FLAG；
//增加一条历史记录
addHistoryRecordLocked（SystemClock.elapsedRealtime（））；
mScreenOn=true；
//启动mScreenOnTime秒停表，其工作就是记录时间，读者可自行研究其内部实现
mScreenOnTimer.startRunningLocked（this）；
if（mScreenBrightnessBin＞=0）//启动对应屏幕亮度的秒停表（参考表5-5）
mScreenBrightnessTimer[mScreenBrightnessBin].startRunningLocked（this）；
//屏幕开启也和内核WakeLock有关，所以这里一样要更新WakeLock的用电统计
noteStartWakeLocked（-1，-1，"dummy"，WAKE_TYPE_PARTIAL）；
if（mOnBatteryInternal）
updateDischargeScreenLevelsLocked（false, true）；
}
}
再来看noteUserActivity，当有输入事件触发PMS的userActivity时，该函数被调用，代码如下：
[—＞BatteryStatsImpl.java：noteUserActivityLocked]
//BSS的noteUserActivity将调用BSImpl的noteUserActivityLocked
public void noteUserActivityLocked（int uid, int event）{
getUidStatsLocked（uid）.noteUserActivityLocked（event）；
}
先是调用getUidStatsLocked以获取一个Uid对象，如果该Uid是首次出现的，则要在内部创建一个Uid对象。下面直接介绍Uid的noteUserActivityLocked函数：
[—＞BatteryStatsImpl.java：Uid：noteUserActivityLocked]
public void noteUserActivityLocked（int type）{
if（mUserActivityCounters==null）{
initUserActivityLocked（）；
}
if（type＜0）type=0；
else if（type＞=NUM_USER_ACTIVITY_TYPES）
type=NUM_USER_ACTIVITY_TYPES-1；
//noteUserActivityLocked只是调用对应type的Counter的stepAtomic函数
//每个Counter内部都有个计数器，stepAtomic使该计数器增1
mUserActivityCounters[type].stepAtomic（）；
}
mUserActivityCounters为一个7元Counter数组，该数组对应7种不同的输入事件类型，在代码中，由BSImpl的成员变量USER_ACTIVITY_TYPES表示，如下所示：
static final String[]USER_ACTIVITY_TYPES={
"other"，"cheek"，"touch"，"long_touch"，"touch_up"，"button"，"unknown"
}；
另外，在LocalPowerManager中，也定义了相关的type值，如下所示：
[—＞LocalPowerManager.java]
public interface LocalPowerManager{
public static final int OTHER_EVENT=0；
public static final int BUTTON_EVENT=1；
public static final int TOUCH_EVENT=2；//目前只使用这3种事件
……
}
[1]读者可阅读SDK文档中关于SystemClock类的说明。
