Fence同步

       在《Android图形显示系统》没有介绍到帧同步的相关概念，这里简单介绍补充一下。

     在图形显示系统中，图形缓存GraphicBuffer可以被不同的硬件来访问，如CPU、GPU、HWC都可以对缓存进行读写，如果同时对图形缓存进行操作，有可能出现意想不到的效果。由于GPU的执行是异步的，向GPU发命令，CPU是不知道命令什么时候执行完的，如果GPU渲染的内容还没完成，图形缓存的内容可能是空的或者不完整的，此刻CPU就开始对它进行消费，读取出来的图形数据是有问题的。因此需要协商一种机制，保证同一时间只有一个硬件对图形缓存进行访问，如果GPU正在使用，CPU只能同步等待。

    在图层合成的过程中，也使用了同步机制，否则也不能正常显示。使用的是Fence的同步机制，Fence，是栅栏的意思，在CPU使用缓存的地方设置一个栅栏挡住，等GPU对该缓存的操作完成后，再通知把栅栏撤了，CPU就可以开始对缓存进行操作。下面以图层的合成过程来说明栅栏的使用：

下面以时间轴从左到右来说明Fence是如何防止同时对缓存进行访问的：
1）生产者通过dequeue申请到一个缓存，获得缓存的所有权和使用权
2）生产者通过GPU开始生产内容
3）生产者通过queue把缓存放进队列，不再拥有所有权，但是GPU还在使用，仍然拥有使用权。
4）消费者通过acquire获得缓存的所有权，但是生产者还拥有使用权，消费者不能对缓存进行操作。
5）GPU完成了所有工作，生产者释放使用权，消费者获得使用权。

    通过上面的流程可以看到，生产者和消费者对于缓存的操作在时间轴上是没有重叠的，并且相隔很近。为了体现Fence同步机制的优势，下面再看不通过Fence来进行同步的情况：

同步过程如下：
1）生产者通过dequeue申请到一个缓存，生产者获得所有权和使用权。
2）生产者通过GPU开始生产内容。
3）生产者等待GPU完成工作，释放使用权，通过queue释放所有权。
4）消费者通过acqure获得所有权和使用权，可以开始对缓存进行操作。

 通过上面的对比可以看到：
使用fence进行同步，生产者生产完图形缓存，消费者立刻能够消费；
不使用fence进行同步，生产者在渲染的过程中，CPU要等待GPU完成工作后才把缓存的所有权和使用权交给消费者，中间有一个比较大的时间差，正是这个时间差可能导致缓存不能及时显示出来，导致显示的不够流畅。

下面再结合图层合成的源码看Fence是如何进行同步的：

void BufferLayer::onDraw(const RenderArea& renderArea, const Region& clip,
                         bool useIdentityTransform) const {
    status_t err = mConsumer->bindTextureImage();
}

status_t BufferLayerConsumer::bindTextureImage() {

    return bindTextureImageLocked();
}
status_t BufferLayerConsumer::bindTextureImageLocked() {
    mRE.bindExternalTextureImage(mTexName, mCurrentTextureImage->image());
    // Wait for the new buffer to be ready.
    return doFenceWaitLocked();
}

status_t BufferLayerConsumer::doFenceWaitLocked() const {
    if (!mRE.isCurrent()) {
        return INVALID_OPERATION;
    }
    if (mCurrentFence->isValid()) {
        if (SyncFeatures::getInstance().useWaitSync()) {
            base::unique_fd fenceFd(mCurrentFence->dup());
            if (!mRE.waitFence(std::move(fenceFd))) {
            }
        } 
    }
}

bool RenderEngine::waitFence(base::unique_fd fenceFd) {

    EGLint attribs[] = {EGL_SYNC_NATIVE_FENCE_FD_ANDROID, fenceFd, EGL_NONE};
    EGLSyncKHR sync = eglCreateSyncKHR(mEGLDisplay, EGL_SYNC_NATIVE_FENCE_ANDROID, attribs);

    (void)fenceFd.release();

    eglWaitSyncKHR(mEGLDisplay, sync, 0);
    EGLint error = eglGetError();
    eglDestroySyncKHR(mEGLDisplay, sync);

    return true;
}

    图形缓存绑定到纹理时并不马上返回，而是通过waitFence进入等待。Fence可以看成一个文件句柄，通过eglCreateSyncKHR创建同步对象，eglWaitSyncKHR开始等待。GPU完成所有指令，发出通知，eglWaitSyncKHR收到通知后返回，绘制流程可以继续往下走了。