Android12 AlarmManagerService底层解析及开机闹钟-五八三

最近项目中需要为一个硬件实现定时开机的功能，借此机会把AlarmManagerService从上层到底层的流程给梳理了一遍。

首先在应用层只能使用AlarmManager与AlarmManagerService进行通信，就不在此赘述了。

AlarmManagerService

现在来看看AlarmManagerService的源码，在Android 12中其位置为frameworks\base\apex\jobscheduler\service\java\com\android\server\alarm。
AlarmManager 通过aidl与AlarmManagerService通信。因此AlarmManagerService会返回IAlarmManager的IBinder。

一般接触得最多的是set、setTime和setTimeZone，其作用分别是设置闹钟，设置时间，设置时区。

setTime和setTimeZone比较简单，经过层层方法跳转，最终调用的是jni方法的setKernelTime和setKernelTimezone。

而set比较复杂，经过set -> setImpl -> setImplLocked -> setImplLocked -> rescheduleKernelAlarmsLocked -> setLocked层层方法的权限、条件检查，最终走到：

private void setLocked(int type, long when) {
    // AlarmManagerService是否已经初始化
    if (mInjector.isAlarmDriverPresent()) {
        // 初始化则调用AlarmManagerService.setAlarm
        mInjector.setAlarm(type, when);
    } else {
        // 未初始化则放到handler里延迟一段时间继续处理
        Message msg = Message.obtain();
        msg.what = AlarmHandler.ALARM_EVEN
        mHandler.removeMessages(msg.what);
        mHandler.sendMessageAtTime(msg, when);
    }
}

AlarmManagerService.setAlarm方法最终调用的是jni方法的set。至此所涉及的方法都进入jni。

AlarmManagerService的jni实现在frameworks\base\apex\jobscheduler\service\jni\com_android_server_alarm_AlarmManagerService.cpp。

AlarmManagerService.cpp

jni 的方法定义如下

static const JNINativeMethod sMethods[] = {
    /* name, signature, funcPtr */
    {"init", "()J", (void*)android_server_alarm_AlarmManagerService_init},
    {"close", "(J)V", (void*)android_server_alarm_AlarmManagerService_close},
    {"set", "(JIJJ)I", (void*)android_server_alarm_AlarmManagerService_set},
    {"waitForAlarm", "(J)I", (void*)android_server_alarm_AlarmManagerService_waitForAlarm},
    {"setKernelTime", "(JJ)I", (void*)android_server_alarm_AlarmManagerService_setKernelTime},
    {"setKernelTimezone", "(JI)I", (void*)android_server_alarm_AlarmManagerService_setKernelTimezone},
    {"getNextAlarm", "(JI)J", (void*)android_server_alarm_AlarmManagerService_getNextAlarm},
};

jni的方法本身都只是做了一层入参的检查过滤，最终调用AlarmImpl的对应方法。

其中setKernelTime对应的是AlarmImpl.setTime，最终调用的是ioctl(fd, RTC_SET_TIME, &rtc)：

int AlarmImpl::setTime(struct timeval *tv)
{





    // 调用settimeofday将时间写入到系统
    if (settimeofday(tv, NULL) == -1) {
        ALOGV("settimeofday() failed: %s", strerror(errno));
        return -1;


    }







    // 连接rtc设备
    android::base::unique_fd fd{open(rtc_dev.c_str(), O_RDWR)};
    if (!fd.ok()) {
        ALOGE("Unable to open %s: %s", rtc_dev.c_str(), strerror(errno));
        return -1;
    }

    struct tm tm;
    // 转换为utc时间
    if (!gmtime_r(&tv->tv_sec, &tm)) {
        ALOGV("gmtime_r() failed: %s", strerror(errno));
        return -1;
    }


    // 构造为rtc标准的时间结构
    struct rtc_time rtc = {};
    rtc.tm_sec = tm.tm_sec;
    rtc.tm_min = tm.tm_min;
    rtc.tm_hour = tm.tm_hour;
    rtc.tm_mday = tm.tm_mday;
    rtc.tm_mon = tm.tm_mon;
    rtc.tm_year = tm.tm_year;
    rtc.tm_wday = tm.tm_wday;
    rtc.tm_yday = tm.tm_yday;
    rtc.tm_isdst = tm.tm_isdst;
    // 通过ioctl方法将时间设置到硬件
    if (ioctl(fd, RTC_SET_TIME, &rtc) == -1) {
        ALOGV("RTC_SET_TIME ioctl failed: %s", strerror(errno));
        return -1;
    }

    return 0;
}

ioctl会执行到对应驱动目录drivers\rtc下dev.c的rtc_dev_ioctl方法，根据第二个入参(此处为RTC_SET_TIME)来决定要执行的方法。

setKernelTimezone只是对当前系统时间根据传入的时区进行简单的加减，所以不会涉及到变更硬件时间的操作：

static jint android_server_alarm_AlarmManagerService_setKernelTime(JNIEnv*, jobject, jlong nativeData, jlong millis)
{





    AlarmImpl *impl = reinterpret_cast<AlarmImpl *>(nativeData);





    if (millis <= 0 || millis / 1000LL >= std::numeric_limits<time_t>::max()) {
        return -1;


    }







    struct timeval tv;
    tv.tv_sec = (millis / 1000LL);
    tv.tv_usec = ((millis % 1000LL) * 1000LL);


    ALOGD("Setting time of day to sec=%ld", tv.tv_sec);


    // 根据时区调整系统的时间
    int ret = impl->setTime(&tv);
    if (ret < 0) {
        ALOGW("Unable to set rtc to %ld: %s", tv.tv_sec, strerror(errno));
        ret = -1;
    }
    return ret;
}

set方法会调用AlarmImpl.set，AlarmImpl.set直接调用timerfd_settime(fds[type], TFD_TIMER_ABSTIME, &spec, NULL)，创建一个系统层级的定时器，因此关机之后就失去作用了：

int AlarmImpl::set(int type, struct timespec *ts)
{





    if (static_cast<size_t>(type) > ANDROID_ALARM_TYPE_COUNT) {
        errno = EINVAL;
        return -1;
    }


    // tv_nsec和tv_sec都为 0 就会关闭闹钟，所以tv_nsec设置为 1 使闹钟仍能执行
    if (!ts->tv_nsec && !ts->tv_sec) {
        ts->tv_nsec = 1;
    }




    // 创建一个spec结构，并将ts的值复制到结构spec的it_value属性里
    struct itimerspec spec;
    memset(&spec, 0, sizeof(spec));
    memcpy(&spec.it_value, ts, sizeof(spec.it_value));



    // TFD_TIMER_ABSTIME意味着绝对时间，根据传入时间的年月日时分秒来设置闹钟，超过该时间则闹钟过期
    // 可选参数有：
    // 0 相对时间，则当前时间 + 传入时间
    // TFD_TIMER_CANCEL_ON_SET 同样是绝对时间，但当时间被重新设置时会取消闹钟
    return timerfd_settime(fds[type], TFD_TIMER_ABSTIME, &spec, NULL);
}

驱动

其中setKernelTime对应的是AlarmImpl.setTime除了设置一个系统时间外(settimeofday)，还会调用对应的驱动将系统时间设置到硬件中，以此保证关机再开启时间仍是正常流动。

在驱动中需要关注的是文件是dev.c、interface.c和class.c

class.c提供了诸如硬件分配、注册、反注册等等一些最基础的操作。interface.c主要定义了在class.c上的一些基本操作接口。dev.c则提供了更贴近应用层的一些操作函数，如ioctl方法最终的指向则定义在该文件下的rtc_dev_fops处：

static const struct file_operations rtc_dev_fops = {
    .owner        = THIS_MODULE,
    .llseek        = no_llseek,
    .read        = rtc_dev_read,
    .poll        = rtc_dev_poll,
    .unlocked_ioctl    = rtc_dev_ioctl,
#ifdef CONFIG_COMPAT
    .compat_ioctl    = rtc_dev_compat_ioctl,
#endif
    .open        = rtc_dev_open,
    .release    = rtc_dev_release,
    .fasync        = rtc_dev_fasync,
};

图示可以如此理解：

Android12 AlarmManagerService底层解析及开机闹钟

AlarmManagerService

AlarmManagerService.cpp

驱动

开机闹钟

参考内容