Chromium的GPU进程启动过程分析

1、Chromium的GPU进程启动过程分析Chromium除了有Browser进程和Render进程，还有GPU进程。GPU进程负责Chromium的GPU操作，例如Render进程通过GPU进程离屏渲染网页，Browser进程也是通过GPU进程将离屏渲染好的网页显示在屏幕上。Chromium之所以将GPU操作运行在独立进程中，是考虑到稳定性问题。毕竟GPU操作是硬件相关操作，硬件的差异性会引发一定的不稳性。本文分析GPU进程的启动过程。GPU进程由Browser进程负责启动，它的启动过程与Render进程的启动过程是类似的，因此在阅读本文之前，最好先阅读一文。不过，GPU进程启动之后，Brow

2、ser进程会与它建立两个IPC通道。一个IPC通道用来传输普通的IPC消息，另一个IPC通道专门用来执行GPU操作，称为GPU通道。类似地，Render进程需要执行GPU操作时，也会通过Browser进程与GPU进程建立一个专门用来执行GPU操作的IPC通道。Render进程之所以要通过Browser进程间接地与GPU进程建立GPU通道，是因为GPU进程是由Browser进程启动的，Render进程对它一无所知。 以上描述的Browser进程、Render进程和GPU进程的关系可以通过图1概括，如下所示：在图1中，Browser进程与Render进程的IPC通道的建立过程可以参考前面一文，本文

3、只分析以下三部分内容： 1. Browser进程与GPU进程的IPC通道的建立过程。 2. Browser进程与GPU进程的GPU通道的建立过程。 3. Render进程与GPU进程的GPU通道的建立过程。 Browser进程通过一个GpuProcessHost对象描述由它启动的GPU进程。GPU进程启动起来之后，会创建一个GpuProcess对象用来与Browser进程进行IPC。接下来，Browser进程中的GpuProcessHost对象会通过已经建立起来的IPC通道请求GPU进程中创建一个GPU通道，以便以后可以执行GPU操作。 Render进程需要通过GPU渲染网页的时候，会通过之前

4、与Browser进程建立的IPC通道请求Browser进程为它创建一个GPU通道，并且将该GPU通道封装在一个WebGraphicsContext3DCommandBufferImpl对象，以后就可以通过该WebGraphicsContext3DCommandBufferImpl对象向GPU进程请求执行GPU操作了。 GPU进程在启动的过程中，也会像Browser进程和Render进程一样，启动一个IO线程，专门用来执行IPC。以后每当GPU进程通过上述IPC通道接收到一个创建GPU通道的请求的时候，都会在内部创建一个OpenGL上下文。这个OpenGL上下文通过一个GLContext对象描述

5、。这样在GPU进程中，就会存在若干个OpenGL上下文。这些OpenGL上下文都运行在同一个线程中，这个线程称为GPU Child Thread。这样就会涉及到一个OpenGL上下文调度问题，即每当GPU进程接收到一个GPU操作请求时，都要先切换到请求的GPU操作所在的OpenGL上下文，然后才能执行请求的GPU操作。关于GPU进程的OpenGL上下文调度问题，我们在下一系列的文章中再详细分析。 接下来，我们就先分析Browser进程启动GPU进程的过程。这个过程主要是涉及到Browser进程和GPU进程的IPC通道的建立过程。 在前面一文中，我们提到，Browser进程，也就是Chromiu

6、m应用程序的主进程，在启动的时候，会调用BrowserMainLoop类的成员函数CreateStartupTasks。BrowserMainLoop类的成员函数CreateStartupTasks会请求启动一个GPU进程，相关的代码如下所示：cpp view plain copyvoid BrowserMainLoop:CreateStartupTasks() . / First time through, we really want to create all the tasks if (!startup_task_runner_.get() startup_task_runner_ =

7、 make_scoped_ptr(new StartupTaskRunner( base:Bind(&BrowserStartupComplete), base:MessageLoop:current()-message_loop_proxy(); . StartupTask browser_thread_started = base:Bind( &BrowserMainLoop:BrowserThreadsStarted, base:Unretained(this); startup_task_runner_-AddTask(browser_thread_started); . if (Br

8、owserMayStartAsynchronously() startup_task_runner_-StartRunningTasksAsync(); if (!BrowserMayStartAsynchronously() . startup_task_runner_-RunAllTasksNow(); 这个函数定义在文件external/chromium_org/content/browser/browser_main_loop.cc中。 BrowserMainLoop类的成员函数CreateStartupTasks首先是会创建一个StartupTaskRunner对象，并且保存在成员变

9、量startup_task_runner_中。这个StartupTaskRunner对象封装了当前线程的一个消息循环，因此通过它可以向当前线程的消息队列发送消息。当前线程即为Browser进程的主线程，因此有了这个StartupTaskRunner对象之后，接下来可以向其主线程的消息队列发送消息。 BrowserMainLoop类的成员函数CreateStartupTasks接下来创建了一个StartupTask，这个StartupTask绑定的函数为BrowserMainLoop类的成员函数BrowserThreadsStarted，用来执行一个Browser线程启动完毕任务，并且会保存在前

10、面创建的一个StartupTaskRunner对象的内部等待执行。 最后，取决于Browser进程使用同步还是异步方式启动，BrowserMainLoop类的成员函数CreateStartupTasks使用不同的方式来执行保存在成员变量startup_task_runner_指向的一个StartupTaskRunner对象中的StartupTask： 1. 如果是使用同步方式启动，那么就调用上述StartupTaskRunner对象的成员函数RunAllTasksNow立即执行保存在它里面的各个StartupTask对象所描述的任务。 2. 如果是使用异步方式启动，那么就调用上述Startup

11、TaskRunner对象的成员函数StartRunningTasksAsync向主线程的消息队列发送一个消息，当该消息被处理时，再执行保存在上述StartupTaskRunner对象里面的各个StartupTask对象所描述的任务。 无论是同步方式，还是异步方式，最终都会在主线程中调用BrowserMainLoop类的成员函数BrowserThreadsStarted，与GPU进程启动相关的代码如下所示：cpp view plain copyint BrowserMainLoop:BrowserThreadsStarted() . bool initialize_gpu_data_manage

12、r = true; #if defined(OS_ANDROID) / On Android, GLSurface:InitializeOneOff() must be called before initalizing / the GpuDataManagerImpl as it uses the GL bindings. / if (!gfx:GLSurface:InitializeOneOff() . initialize_gpu_data_manager = false; #endif if (initialize_gpu_data_manager) GpuDataM

13、anagerImpl:GetInstance()-Initialize(); bool always_uses_gpu = true; bool established_gpu_channel = false; #if defined(USE_AURA) | defined(OS_MACOSX) if (ShouldInitializeBrowserGpuChannelAndTransportSurface() established_gpu_channel = true; if (!GpuDataManagerImpl:GetInstance()-CanUseGpuBrowserCompos

14、itor() established_gpu_channel = always_uses_gpu = false; BrowserGpuChannelHostFactory:Initialize(established_gpu_channel); . #elif defined(OS_ANDROID) established_gpu_channel = true; BrowserGpuChannelHostFactory:Initialize(established_gpu_channel); #endif . 这个函数定义在文件external/chromium_org/content/br

15、owser/browser_main_loop.cc中。 在Android平台上，BrowserMainLoop类的成员函数BrowserThreadsStarted首先调用gfx:GLSurface类的静态成员函数InitializeOneOff在当进程中加载合适的OpenGL库，以及创建一个EGLDisplay。这样做有两个原因，一是后面调用GpuDataManagerImpl类的成员函数Initialize时，在Android平台上需要通过加载的OpenGL库来获取GPU信息，二是Android平台的Chromium实际上并没有独立的GPU进程，而是在Browser进程中创建一个GPU线

16、程，不过这个GPU线程起到的作用与GPU进程是一样的。上述第二个原因要求Browser进程要做一些GPU相关的初始化工作，即加载合适的OpenGL库，以及创建一个EGLDisplay，以后创建OpenGL上下文时需要使用到这个EGLDisplay。对于独立GPU进程的情况，上述的GPU初始化也是需要做的。后面我们就会看到，GPU进程在启动的时候，会调用gfx:GLSurface类的静态成员函数InitializeOneOff。 只有在gfx:GLSurface类的静态成员函数InitializeOneOff的返回值为true，即在当进程中成功加载了合适的OpenGL库之后，BrowserMai

17、nLoop类的成员函数Initialize才会被调用，负责检查当前设备使用的GPU及其相关的驱动是否在黑名单中。如果在黑名单中，那么Chromium就不会采用GPU对网页进行硬件加速渲染。这是由于不是所有的GPU都能够很好地支持Chromium进行硬件加速渲染，因此就需要设置一个黑名单，避免在渲染网页的过程中出现错误。一旦不能使用GPU对网页进行硬件加速渲染，那么Chromium就会退而求其次，使用CPU进行渲染。 如果Chromium在编译时定义了宏USE_AURA，那么就表示要使用GPU对网页进行硬件加速渲染，这时候就可能需要启动GPU进程。AURA是Chromium 35引入的一个窗口管

18、理框架，通过GPU来实现界面上的像按钮、滚动条和对话框等界面控件。但是由于GPU黑名单的存在，因此就不一定能够如愿地使用GPU对网页进行硬件加速渲染。这时候就需要进一步调用函数ShouldInitializeBrowserGpuChannelAndTransportSurface以及GpuDataManagerImpl类的成员函数CanUseGpuBrowserCompositor进行判断。如果最终确定不能够使用GPU对网页进行硬件加速渲染，那么接下来在调用BrowserGpuChannelHostFactory类的静态成员函数Initialize的时候，传递进去的参数就会等于false。对于

19、Mac OS X平台，也会进行相同的处理。 如果Chromium在编译时没有定义宏USE_AURA，但是当前平台是Android，那么BrowserMainLoop类的成员函数BrowserThreadsStarted就直接将本地变量established_gpu_channel设置为true，并且以其为参数，调用BrowserGpuChannelHostFactory类的静态成员函数Initialize启动一个GPU进程。这表明在Android平台上，要求GPU能够支持Chromium对网页进行硬件加速渲染。 为了更好地理解上面分析的内容，接下来我们在分析GPU进程的启动过程，也就是Brow

20、serGpuChannelHostFactory类的静态成员函数Initialize之前，先分析以下几个函数： 1. gfx:GLSurface:InitializeOneOff 2. GpuDataManagerImpl:Initialize 3. ShouldInitializeBrowserGpuChannelAndTransportSurface 4. GpuDataManagerImpl:CanUseGpuBrowserCompositor gfx:GLSurface类的静态成员函数InitializeOneOff负责在当前进程中加载合适的OpenGL库，它的实现如下所示：cpp v

21、iew plain copybool GLSurface:InitializeOneOff() . std:vector allowed_impls; GetAllowedGLImplementations(&allowed_impls); . CommandLine* cmd = CommandLine:ForCurrentProcess(); / The default implementation is always the first one in list. GLImplementation impl = allowed_impls0; bool fallback_to_osmesa

22、 = false; if (cmd-HasSwitch(switches:kOverrideUseGLWithOSMesaForTests) impl = kGLImplementationOSMesaGL; else if (cmd-HasSwitch(switches:kUseGL) std:string requested_implementation_name = cmd-GetSwitchValueASCII(switches:kUseGL); if (requested_implementation_name = any) fallback_to_osmesa = true; el

23、se if (requested_implementation_name = swiftshader) impl = kGLImplementationEGLGLES2; else impl = GetNamedGLImplementation(requested_implementation_name); if (std:find(allowed_impls.begin(), allowed_impls.end(), impl) = allowed_impls.end() . return false; . return InitializeOneOffImplementation( imp

24、l, fallback_to_osmesa, gpu_service_logging, disable_gl_drawing); 这个函数定义在文件external/chromium_org/ui/gl/gl_surface.cc中。 gfx:GLSurface类的静态成员函数InitializeOneOff首先是调用另外一个函数GetAllowedGLImplementations获得当前平台所支持的OpenGL实现版本列表。对于Android平台，它的实现如下所示：cpp view plain copyvoid GetAllowedGLImplementations(std:vector*

25、 impls) impls-push_back(kGLImplementationEGLGLES2); impls-push_back(kGLImplementationOSMesaGL); 这个函数定义在文件external/chromium_org/ui/gl/gl_implementation_android.cc中。 从这里可以看到，在Android平台上，Chromium支持两个版本的OpenGL实现，其中一个是kGLImplementationEGLGLES2，另一个是kGLImplementationOSMesaGL。kGLImplementationEGLGLES2描述的Ope

26、nGL即为Android系统本身提供的OpenGL实现，这个就是由底层的GPU实现的OpenGL库。kGLImplementationOSMesaGL描述的OpenGL是由Mesa实现的OpenGL库。Mesa是一个开源的OpenGL实现框架，它可以以软件方式模拟GPU硬件加速渲染，也可以通过底层真实的GPU来实现硬件加速渲染。 回到gfx:GLSurface类的静态成员函数InitializeOneOff中，它获得当前平台所支持的OpenGL实现版本列表之后，取出列表中的第一个版本作为默认版本。从前面的分析就可以知道，对于Android平台，这个默认的OpenGL实现版本就是kGLImple

27、mentationEGLGLES2描述的版本。 接下来，gfx:GLSurface类的静态成员函数InitializeOneOff再根据命令行参数选择最终使用的OpenGL实现版本： 1. 如果设置了switches:kOverrideUseGLWithOSMesaForTests选项，那么就表示要使用kGLImplementationOSMesaGL描述的OpenGL版本，方便用来测试。 2. 如果设置了switches:kUseGL选项，那么就根据这个选项的值选择指定的OpenGL实现。不过有两种特殊情况。一是当该选项值等于any时，默认使用之前选择的OpenGL实现版本，但是如果不能成功

28、加载该版本的库，那么就改为使用kGLImplementationOSMesaGL描述的OpenGL版本。二是当该选项的值等于swiftshader时，使用kGLImplementationEGLGLES2描述的OpenGL版本。SwiftShader是一件纯软件实现的3D渲染引擎工具，由TransGaming公司实现，宣称支持所有的Pixel和Vertex Shader DX9特效，并且可以获得比微软D3D的REF设备（reference rasterizer）快50倍的速度。在Android平台上，没有提供SwiftShader，因此用kGLImplementationEGLGLES2描述的

29、OpenGL版本替代。 最后，gfx:GLSurface类的静态成员函数InitializeOneOff调用另外一个成员函数InitializeOneOffImplementation在当前进程中加载前面所选择的OpenGL实现版本，它的实现如下所示：cpp view plain copybool GLSurface:InitializeOneOffImplementation(GLImplementation impl, bool fallback_to_osmesa, bool gpu_service_logging, bool disable_gl_drawing) bool initi

30、alized = InitializeStaticGLBindings(impl) & InitializeOneOffInternal(); if (!initialized & fallback_to_osmesa) ClearGLBindings(); initialized = InitializeStaticGLBindings(kGLImplementationOSMesaGL) & InitializeOneOffInternal(); if (!initialized) ClearGLBindings(); . return initialized; 这个函数定义在文件exte

31、rnal/chromium_org/ui/gl/gl_surface.cc中。 gfx:GLSurface类的静态成员函数InitializeOneOffImplementation首先调用函数InitializeStaticGLBindings加载由参数impl指定的OpenGL实现版本相关的库。如果能成功加载，再调用函数InitializeOneOffInternal在当前进程中创建一个EGLDisplay。如果也能成功创建这个EGLDisplay，那么就说明参数指定的OpenGL实现版本是能够正确使用的。 如果不能成功加载参数impl指定的OpenGL实现版本相关的库，或者能够成功加载，

32、但是不能成功创建一个EGLDisplay，并且参数fallback_to_osmesa的值为true，那么就如前所述，改为使用kGLImplementationOSMesaGL描述的OpenGL实现版本，也就是由Mesa实现的OpenGL库。 接下来，我们先分析函数InitializeStaticGLBindings的实现，接着再分析函数InitializeOneOffInternal的实现。 函数InitializeStaticGLBindings的实现如下所示：cpp view plain copybool InitializeStaticGLBindings(GLImplementati

33、on implementation) . switch (implementation) case kGLImplementationEGLGLES2: base:NativeLibrary gles_library = LoadLibraryAndPrintError(libGLESv2.so); . base:NativeLibrary egl_library = LoadLibraryAndPrintError(libEGL.so); . GLGetProcAddressProc get_proc_address = reinterpret_cast( base:GetFunctionP

34、ointerFromNativeLibrary( egl_library, eglGetProcAddress); . SetGLGetProcAddressProc(get_proc_address); AddGLNativeLibrary(egl_library); AddGLNativeLibrary(gles_library); SetGLImplementation(kGLImplementationEGLGLES2); InitializeStaticGLBindingsGL(); InitializeStaticGLBindingsEGL(); . break; . return

35、 true; 这个函数定义在文件external/chromium_org/ui/gl/gl_implementation_android.cc中。 从这里就可以看到，与kGLImplementationEGLGLES2描述的OpenGL实现版本相关的库有两个，分别为libGLESv2.so和libEGL.so，前者描述的是OpenGL实现，后者描述的是EGL实现。调用函数LoadLibraryAndPrintError加载了这两个库之后，最后分别调用了函数InitializeStaticGLBindingsGL和InitializeStaticGLBindingsEGL创建了一个RealGL

36、Api接口和一个RealEGLApi接口，这样以后就可以通过这两个接口调用由前面加载的libGLESv2.so和libEGL.so所导出的gl*和egl*函数。 这一步执行完成之后，回到前面分析的gfx:GLSurface类的静态成员函数InitializeOneOffImplementation中，它接下来调用函数InitializeOneOffInternal创建一个EGLDisplay，以验证前面加载的OpenGL相关的库的正确性。 函数InitializeOneOffInternal的实现如下所示：cpp view plain copybool GLSurface:Initialize

37、OneOffInternal() switch (GetGLImplementation() case kGLImplementationEGLGLES2: if (!GLSurfaceEGL:InitializeOneOff() LOG(ERROR) Initialize(); 这个函数定义在文件external/chromium_org/content/browser/gpu/gpu_data_manager_impl.cc中。 GpuDataManagerImpl类的成员变量private_指向的是一个GpuDataManagerImplPrivate对象，这里调用它的成员函数Initi

38、alize检查设备配置的GPU是否在黑名单列表中。 GpuDataManagerImplPrivate类的成员函数Initialize的实现如下所示：cpp view plain copyvoid GpuDataManagerImplPrivate:Initialize() . gpu:GPUInfo gpu_info; if (command_line-GetSwitchValueASCII( switches:kUseGL) = gfx:kGLImplementationOSMesaName) / If using the OSMesa GL implementation, use fak

39、e vendor and device ids to / make sure it never gets blacklisted. This is better than simply / cancelling GPUInfo gathering as it allows us to proceed with loading the / blacklist below which may have non-device specific entries we want to / apply anyways (e.g., OS version blacklisting). gpu_info.gp

40、u.vendor_id = 0xffff; gpu_info.gpu.device_id = 0xffff; / Also declare the driver_vendor to be osmesa to be able to specify / exceptions based on driver_vendor=osmesa for some blacklist rules. gpu_info.driver_vendor = gfx:kGLImplementationOSMesaName; else . gpu:CollectBasicGraphicsInfo(&gpu_info); st

41、d:string gpu_blacklist_string; std:string gpu_driver_bug_list_string; if (!command_line-HasSwitch(switches:kIgnoreGpuBlacklist) & !command_line-HasSwitch(switches:kUseGpuInTests) gpu_blacklist_string = gpu:kSoftwareRenderingListJson; if (!command_line-HasSwitch(switches:kDisableGpuDriverBugWorkaroun

42、ds) gpu_driver_bug_list_string = gpu:kGpuDriverBugListJson; InitializeImpl(gpu_blacklist_string, gpu_driver_bug_list_string, gpu_info); 这个函数定义在文件external/chromium_org/content/browser/gpu/gpu_data_manager_impl_private.cc中。 如果Chromium启动时，指定了switches:kUseGL选项，并且将该选项的值设置为gfx:kGLImplementationOSMesaName，那么就意味着要使用Mesa版本的OpenGL库来渲染Chromium的UI。由于这里使用的Mesa版本的OpenGL库是纯软件实现的，因此它不会像GPU版本的OpenGL库一样存在一些不友好特性。也就是说Mesa版本的OpenGL库是可用的，尽管它的性能会差一些。为了避免后面加载GPU黑名单列表时，列表中的某些通用规则会禁用Mesa版本的OpenGL库的某些特性，GpuDataManagerImplPrivate类的成员函数Initialize会手工构造一个GPUInfo对象，并且给该GPUInfo对象设置假的Vendor ID和Device ID，以及