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Android -- 网络管理分析

2016-10-18 14:45 906 查看
http://blog.csdn.net/andyhuabing/article/details/7790092

在当前网络成为必不可少的条件时,Android系统也集成的wifi,bluetooth,eth,cablemodem等等,为了将其它网络加入进来,大致浏览一下网络管理的相关分析,重点看了wifi的管理,还是绕了很多弯弯的。

在 ConnectivityManager.java 中定义的有如下类型:
public static final int TYPE_MOBILE      = 0;
public static final int TYPE_WIFI        = 1;
public static final int TYPE_MOBILE_MMS  = 2;
public static final int TYPE_MOBILE_SUPL = 3;
public static final int TYPE_MOBILE_DUN  = 4;
public static final int TYPE_MOBILE_HIPRI = 5;
public static final int TYPE_WIMAX = 6;

/* 这是在机顶盒上为android系统添加的网络类型 */
public static final int TYPE_PPPOE = 7;
public static final int TYPE_ETHERNET = 8;
public static final int TYPE_CABLEMODEM = 9;

public static final int DEFAULT_NETWORK_PREFERENCE = TYPE_WIFI;
设置了默认的网络连接是TYPE_WIFI

而android系统中对众多的网络类型进行管理其整个流程是怎样的呢?下面就来分析一下吧。

系统中对网络的判断和选在是在 ConnectivityService.java 这个服务中来处理的,在系统启动的时候会启动这个系统服务,
而在系统启动完毕后,ConnectivityService在系统启动的时候就启动了。

用户操作的类是 ConnectivityManager.java 通过aidl访问 ConnectivityService.java提供的服务。
public class ConnectivityService extends IConnectivityManager.Stub 
看定义就相当明确了。。

1、网络服务启动
SystemServer启动 ConnectivityService,ConnectivityService 服务中启动对网络的监视器
在SystemServer的run()函数中,启动 ConnectivityService 的代码:

[java]
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try {  
    Slog.i(TAG, "Connectivity Service");  
    connectivity = ConnectivityService.getInstance(context);  
    ServiceManager.addService(Context.CONNECTIVITY_SERVICE, connectivity);  
} catch (Throwable e) {  
    Slog.e(TAG, "Failure starting Connectivity Service", e);  
}     
  
  
f (connectivityF != null) connectivityF.systemReady();  

2、增加定义网络类型
framework/base/core/res/res/values/config.xml中定义了网络的类型
类型定义如下:

    <!-- This string array should be overridden by the device to present a list of network

         attributes.  This is used by the connectivity manager to decide which networks can coexist

         based on the hardware -->

    <!-- An Array of "[Connection name],[ConnectivityManager connection type],

         [associated radio-type],[priority]  -->

    <string-array translatable="false" name="networkAttributes">

        <item>"wifi,1,1,2"</item>

        <item>"mobile,0,0,3"</item>

        <item>"mobile_mms,2,0,4"</item>

        <item>"mobile_supl,3,0,4"</item>

        <item>"mobile_hipri,5,0,5"</item>        

        <item>"pppoe,7,7,1"</item>

        <item>"ethernet,8,8,0"</item>

   <item>"cablemodem,9,9,0"</item>

     </string-array>

     

     !!!!! 参考 NetworkAttributes 类定义即明白什么意思了

    <!-- This string array should be overridden by the device to present a list of radio

         attributes.  This is used by the connectivity manager to decide which networks can coexist

         based on the hardware -->

    <!-- An Array of "[ConnectivityManager connectionType],

                      [# simultaneous connection types]"  -->

    <string-array translatable="false" name="radioAttributes"> 

      <item>"9,1"</item>

     <item>"8,1"</item>

     <item>"7,1"</item>

      <item>"1,1"</item>

      <item>"0,1"</item>

    </string-array>

!!!! 参考 RadioAttributes 类定义即明白什么意思了

这里代表什么含义呢?在 ConnectivityService内部,定义了两个类用于解析xml文件中内容。

[java]
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private static class NetworkAttributes {  
    /** 
     * Class for holding settings read from resources. 
     */  
    public String mName;  
    public int mType;  
    public int mRadio;  
    public int mPriority;  
    public NetworkInfo.State mLastState;  
    public NetworkAttributes(String init) {  
        String fragments[] = init.split(",");  
        mName = fragments[0].toLowerCase();  
        mType = Integer.parseInt(fragments[1]);  
        mRadio = Integer.parseInt(fragments[2]);  
        mPriority = Integer.parseInt(fragments[3]);  
        mLastState = NetworkInfo.State.UNKNOWN;  
    }  
    public boolean isDefault() {  
        return (mType == mRadio);  
    }  
}     
  
private static class RadioAttributes {  
    public int mSimultaneity;  
    public int mType;  
    public RadioAttributes(String init) {  
        String fragments[] = init.split(",");  
        mType = Integer.parseInt(fragments[0]);  
        mSimultaneity = Integer.parseInt(fragments[1]);  
    }  
}  

网络有优先级之分,优先级高的先被执行,这是通过如下代码进行分配的:

[java]
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// high priority first  
mPriorityList = new int[mNetworksDefined];  
{  
    int insertionPoint = mNetworksDefined-1;  
    int currentLowest = 0;  
    int nextLowest = 0;  
    while (insertionPoint > -1) {  
        for (NetworkAttributes na : mNetAttributes) {  
            if (na == null) continue;  
            if (na.mPriority < currentLowest) continue;  
            if (na.mPriority > currentLowest) {  
                if (na.mPriority < nextLowest || nextLowest == 0) {  
                    nextLowest = na.mPriority;  
                }  
                continue;  
            }  
            mPriorityList[insertionPoint--] = na.mType;  
        }  
        currentLowest = nextLowest;  
        nextLowest = 0;  
    }  
}  

其中,TYPE_MOBILE_HIPRI的优先级最高,其次为TYPE_MOBILE_MMS,TYPE_MOBILE_SUPL,TYPE_MOBILE_DUN,
优先级最低的为TYPE_WIFI,TYPE_MOBILE。TYPE_WIFI,TYPE_MOBILE两个网络类型中,TYPE_WIFI大于TYPE_MOBILE的优先级

  

  在打开wifi的连接后,mobile网络会被关闭。wifi网络连接关闭后,mobile网络会重新连接.

  在处理网络连接的Handler的代码中有处理:

 

[java]
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private void handleConnect(NetworkInfo info) {  
     int type = info.getType();  
  
     // snapshot isFailover, because sendConnectedBroadcast() resets it  
     boolean isFailover = info.isFailover();  
     NetworkStateTracker thisNet = mNetTrackers[type];  
  
     // if this is a default net and other default is running  
     // kill the one not preferred  
     if (mNetAttributes[type].isDefault()) {  
         if (mActiveDefaultNetwork != -1 && mActiveDefaultNetwork != type) {  
             if ((type != mNetworkPreference &&  
                     mNetAttributes[mActiveDefaultNetwork].mPriority >  
                     mNetAttributes[type].mPriority) ||  
                     mNetworkPreference == mActiveDefaultNetwork) {  
                    <span style="color:#3366FF;"> // don't accept this one  
                     if (DBG) Slog.v(TAG, "Not broadcasting CONNECT_ACTION " +  
                             "to torn down network " + info.getTypeName());  
                     teardown(thisNet);</span>  
                     return;  
             } else {  
                <span style="color:#3333FF;"> // tear down the other  
                 NetworkStateTracker otherNet =  
                         mNetTrackers[mActiveDefaultNetwork];  
                 if (DBG) Slog.v(TAG, "Policy requires " +  
                         otherNet.getNetworkInfo().getTypeName() +  
                         " teardown");  
                 if (!teardown(otherNet)) {  
                     Slog.e(TAG, "Network declined teardown request");  
                     return;  
                 }  
                 if (isFailover) {  
                     otherNet.releaseWakeLock();  
                 }</span>  
             }  
         }  
         mActiveDefaultNetwork = type;  
         // this will cause us to come up initially as unconnected and switching  
         // to connected after our normal pause unless somebody reports us as reall  
         // disconnected  
         mDefaultInetConditionPublished = 0;  
         mDefaultConnectionSequence++;  
         mInetConditionChangeInFlight = false;  
         // Don't do this - if we never sign in stay, grey  
         //reportNetworkCondition(mActiveDefaultNetwork, 100);  
     }  
     thisNet.setTeardownRequested(false);  
     thisNet.updateNetworkSettings();  
     handleConnectivityChange(type);  
     sendConnectedBroadcast(info);  
 }  

    
    因此请注意,由于WIFI优先级高于ETH网络,如果wifi被开启,可以eth就会被关闭掉,而如果我们想在

    这两者同时存在,那么在调用teardown(NetworkStateTracker)函数前进行判定即可。

2、启个各类网络监控器服务代码,这里以wifi为例
在ConnectivityService的构造函数中启动网络监视器的代码

  

[java]
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/* 
   * Create the network state trackers for Wi-Fi and mobile 
   * data. Maybe this could be done with a factory class, 
   * but it's not clear that it's worth it, given that 
   * the number of different network types is not going 
   * to change very often. 
   */  
  boolean noMobileData = !getMobileDataEnabled();  
  for (int netType : mPriorityList) {  
      switch (mNetAttributes[netType].mRadio) {  
      case ConnectivityManager.TYPE_WIFI:  
          if (DBG) Slog.v(TAG, "Starting Wifi Service.");  
          WifiStateTracker wst = new WifiStateTracker(context, mHandler);  
          WifiService wifiService = new WifiService(context, wst);  
          ServiceManager.addService(Context.WIFI_SERVICE, wifiService);  
          wifiService.startWifi();  
          mNetTrackers[ConnectivityManager.TYPE_WIFI] = wst;  
          wst.startMonitoring();  
          break;      

在settings中可以设置网络连接,比如打开wifi,打开bluetooth,设置apn的连接等等,在设置完成后,设置的消息会存在一个数据库中保存,并发送系统消息来广播网络设置的变化。

    在网络监视器中捕捉了settings中发出的相应的网络广播信息,网络监视器中注册了settings中网络变化的信息,有变化会做相应的处理,并将处理的结果存储在NetworkInfo类的一个对象中,在ConnectivityService中通过   

public NetworkInfo getNetworkInfo(int networkType)方法可以得知当前networkType类型网络的连接情况。

3、 应用监控
在app中,我们可以通过 ConnectivityManager 来获取当前的网络信息,并能指定当前程序需要的网络类型:

      ConnectivityManager mCnn = context.getSystemService(context.CONNECTIVITY_SERVICE);

      NetworkInfo         mNetinfo = mCnn.getActiveNetworkInfo();

      mCnn.setNetworkPreference(int preference);//设定首选网络类型。

假如没有设定,网络类型为系统默认。在wifi,3G网络同时存在的情况下,系统会默认的调用wifi网络,加载wifi的驱动,走wifi网络。

4、下面详细分析一下wifi网络信息
wifi 图示层次:



   ConnectivityService 的构造函数会将 WifiService 添加到 ServiceManager 中,使之需要服务者可以访问。

    mWifiStateTracker = new WifiStateTracker(context, handler);

    WifiService wifiService = new WifiService(context, mWifiStateTracker);

    ServiceManager.addService(Context.WIFI_SERVICE, wifiService);

    
WifiStateTracker 会创建 WifiMonitor 接收来自底层的事件,WifiService 和 WifiMonitor 是整个模块的核心。
WifiService 负责启动关闭 wpa_supplicant、启动关闭 WifiMonitor 监视线程
和把命令下发给 wpa_supplicant,而 WifiMonitor 则负责从 wpa_supplicant 接收事件通知。

  
  连接 AP:

1. 使能 WIFI

WirelessSettings 在初始化的时候配置了由 WifiEnabler 来处理 Wifi 按钮,

当用户按下 Wifi 按钮后, Android 会调用 WifiEnabler 的 onPreferenceChange,  

再由 WifiEnabler 调用 WifiManager 的 setWifiEnabled 接口函数,通过 AIDL,实际调用的是 WifiService 的

setWifiEnabled 函数,WifiService 接着向自身发送一条 MESSAGE_ENABLE_WIFI 消息,

在处理该消息的代码中做真正的使能工作:

[java]
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@Override  
public void handleMessage(Message msg) {  
    switch (msg.what) {  
  
  
        case MESSAGE_ENABLE_WIFI:  
            setWifiEnabledBlocking(true, msg.arg1 == 1, msg.arg2);  
            if (mWifiWatchdogService == null) {  
                mWifiWatchdogService = new WifiWatchdogService(mContext, mWifiStateTracker);  
            }  
            sWakeLock.release();  
            break;  

首先装载 WIFI 内核模块(该模块的位置硬编码为"/system/lib/modules/wlan.ko" ), 然后启动 wpa_supplicant

(配置文件硬编码为"/data/misc/wifi/wpa_supplicant.conf") 再通过 WifiStateTracker 来启动 

WifiMonitor 中的监视线程。

[java]
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print?

private boolean setWifiEnabledBlocking(boolean enable, boolean persist, int uid) {  
...  
    setWifiEnabledState(enable ? WIFI_STATE_ENABLING : WIFI_STATE_DISABLING, uid);  
  
  
    if (enable) {  
        if (!mWifiStateTracker.loadDriver()) {  
            Slog.e(TAG, "Failed to load Wi-Fi driver.");  
            setWifiEnabledState(WIFI_STATE_UNKNOWN, uid);  
            return false;  
        }  
        if (!mWifiStateTracker.startSupplicant()) {  
            mWifiStateTracker.unloadDriver();  
            Slog.e(TAG, "Failed to start supplicant daemon.");  
            setWifiEnabledState(WIFI_STATE_UNKNOWN, uid);  
            return false;  
        }  
  
  
        registerForBroadcasts();  
        mWifiStateTracker.startEventLoop();  
    }  

当使能成功后,会广播发送 WIFI_STATE_CHANGED_ACTION 这个 Intent 通知外界 WIFI 已经成功使能了

        // Broadcast

        final Intent intent = new Intent(WifiManager.WIFI_STATE_CHANGED_ACTION);

        intent.addFlags(Intent.FLAG_RECEIVER_REGISTERED_ONLY_BEFORE_BOOT);

        mContext.sendStickyBroadcast(intent);

WifiEnabler 创建的时候就会向 Android 注册接收

[java]
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print?

/** 
 * Registers to receive the necessary Wi-Fi broadcasts. 
 */  
private void registerForWifiBroadcasts() {  
    IntentFilter intentFilter = new IntentFilter();  
    intentFilter.addAction(WifiManager.NETWORK_STATE_CHANGED_ACTION);  
    intentFilter.addAction(WifiManager.WIFI_STATE_CHANGED_ACTION);  
    mContext.registerReceiver(mReceiver, intentFilter);  
}  

WIFI_STATE_CHANGED_ACTION,因此它会收到该 Intent,从而开始扫描。

[java]
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print?

/** 
 * see {@link android.net.wifi.WifiManager#startScan()} 
 */  
public void startScan(boolean forceActive) {  
    enforceChangePermission();  
    if (mWifiHandler == null) return;  
  
  
    Message.obtain(mWifiHandler, MESSAGE_START_SCAN, forceActive ? 1 : 0, 0).sendToTarget();  
}  

2. 查找 AP

扫描的入口函数是 WifiService 的 startScan,它其实也就是往 wpa_supplicant 发送 SCAN 命令。

[cpp]
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print?

static jboolean android_net_wifi_scanCommand(JNIEnv* env, jobject clazz, jboolean forceActive)  
{  
    jboolean result;  
  
  
    // Ignore any error from setting the scan mode.  
    // The scan will still work.  
    if (forceActive && !sScanModeActive)  
        doSetScanMode(true);  
    result = doBooleanCommand("SCAN", "OK");  
    if (forceActive && !sScanModeActive)  
        doSetScanMode(sScanModeActive);  
    return result;  
}  

当 wpa_supplicant 处理完 SCAN 命令后,它会向控制通道发送事件通知扫描完成,从而wifi_wait_for_event 函数会接收到该事件,由此 WifiMonitor 中的 MonitorThread 会被执行来出来这个事件

[cpp]
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print?

static jstring android_net_wifi_waitForEvent(JNIEnv* env, jobject clazz)  
{  
    char buf[256];  
  
  
    int nread = ::wifi_wait_for_event(buf, sizeof buf);  
    if (nread > 0) {  
        return env->NewStringUTF(buf);  
    } else {  
        return  env->NewStringUTF(NULL);  
    }  
}  
  
  
void handleEvent(int event, String remainder) {  
   case SCAN_RESULTS:  
         mWifiStateTracker.notifyScanResultsAvailable();  
         break;  

WifiStateTracker 则接着广播发送 SCAN_RESULTS_AVAILABLE_ACTION 这个 Intent

   case EVENT_SCAN_RESULTS_AVAILABLE:
   mContext.sendBroadcast(new Intent(WifiManager.SCAN_RESULTS_AVAILABLE_ACTION));

WifiLayer 注册了接收 SCAN_RESULTS_AVAILABLE_ACTION 这个 Intent,所以它的相关

处理函数 handleScanResultsAvailable 会被调用,在该函数中,先会去拿到 SCAN 的结果

(最终是往 wpa_supplicant 发送 SCAN_RESULT 命令并读取返回值来实现的)                             ,

List<ScanResult> list = mWifiManager.getScanResults();

对每一个扫描返回的 AP,WifiLayer 会调用 WifiSettings 的 onAccessPointSetChanged 函数,

从而最终把该 AP 加到 GUI 显示列表中。

[java]
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print?

public void onAccessPointSetChanged(AccessPointState ap, boolean added) {  
     AccessPointPreference pref = mAps.get(ap);  
     if (added) {  
           if (pref == null) {  
                 pref = new AccessPointPreference(this, ap);  
                 mAps.put(ap, pref);  
           } else {  
                 pref.setEnabled(true);  
           }  
  
  
           mApCategory.addPreference(pref);  
     }  
}  

3. 配置 AP 参数

当用户在 WifiSettings 界面上选择了一个 AP 后,会显示配置 AP 参数的一个对话框,

[java]
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print?

public boolean onPreferenceTreeClick(PreferenceScreen preferenceScreen, Preference  
                    preference) {  
          if (preference instanceof AccessPointPreference) {  
                AccessPointState state=((AccessPointPreference)preference).getAccessPointState();  
                showAccessPointDialog(state, AccessPointDialog.MODE_INFO);  
          }  
     }  

4. 连接

当用户在 AcessPointDialog 中选择好加密方式和输入密钥之后,再点击连接按钮,Android就会去连接这个 AP。

[java]
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print?

private void handleConnect() {  
     String password = getEnteredPassword();  
     if (!TextUtils.isEmpty(password)) {  
           mState.setPassword(password);  
     }  
  
  
     mWifiLayer.connectToNetwork(mState);  
}  

WifiLayer 会先检测这个 AP 是不是之前被配置过,这个是通过向 wpa_supplicant 发送LIST_NETWORK 命令并且比较返回值来实现的,

      // Need WifiConfiguration for the AP

      WifiConfiguration config = findConfiguredNetwork(state);

如果 wpa_supplicant 没有这个 AP 的配置信息则会向 wpa_supplicant 发送 ADD_NETWORK 命令来添加该 AP,

          if (config == null) {

                // Connecting for the first time, need to create it

                config  =  addConfiguration(state,ADD_CONFIGURATION_ENABLE|ADD_CONFIGURATION_SAVE);

          }

ADD_NETWORK 命 令 会 返 回 一 个 ID , WifiLayer 再 用 这 个 返 回 的 ID 作 为 参 数 向

wpa_supplicant 发送 ENABLE_NETWORK 命令,从而让 wpa_supplicant 去连接该 AP。

          // Make sure that network is enabled, and disable others

          mReenableApsOnNetworkStateChange = true;

          if (!mWifiManager.enableNetwork(state.networkId, true)) {

                Log.e(TAG, "Could not enable network ID " + state.networkId);

                error(R.string.error_connecting);

                return false;

          }

5. 配置 IP 地址

当 wpa_supplicant 成功连接上 AP 之后,它会向控制通道发送事件通知连接上 AP 了,从而

wifi_wait_for_event 函数会接收到该事件,由此 WifiMonitor 中的 MonitorThread 会被执行来

出来这个事件,

    void handleEvent(int event, String remainder) {

        case CONNECTED:

             handleNetworkStateChange(NetworkInfo.DetailedState.CONNECTED,remainder);

             break;

WifiMonitor 再调用 WifiStateTracker 的 notifyStateChange,WifiStateTracker 则接着会往自身

发送 EVENT_DHCP_START 消息来启动 DHCP 去获取 IP 地址,

[java]
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private void handleConnectedState() {  
     setPollTimer();  
     mLastSignalLevel = -1;  
     if (!mHaveIPAddress && !mObtainingIPAddress) {  
           mObtainingIPAddress = true;  
           mDhcpTarget.obtainMessage(EVENT_DHCP_START).sendToTarget();  
     }  
}  

然后再广播发送 NETWORK_STATE_CHANGED_ACTION 这个 Intent

    case EVENT_NETWORK_STATE_CHANGED:

         if (result.state != DetailedState.DISCONNECTED || !mDisconnectPending) {

               intent = new Intent(WifiManager.NETWORK_STATE_CHANGED_ACTION);

               intent.putExtra(WifiManager.EXTRA_NETWORK_INFO,mNetworkInfo);

               if (result.BSSID != null)

               intent.putExtra(WifiManager.EXTRA_BSSID, result.BSSID);

               mContext.sendStickyBroadcast(intent);

         }

         break;

WifiLayer 注册了接收 NETWORK_STATE_CHANGED_ACTION 这个 Intent,所以它的相关处理函数 handleNetworkStateChanged 会被调用,

当 DHCP 拿到 IP 地址之后,会再发送 EVENT_DHCP_SUCCEEDED 消息,

[java]
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private class DhcpHandler extends Handler {  
     public void handleMessage(Message msg) {  
           switch (msg.what) {  
                case EVENT_DHCP_START:  
                     if (NetworkUtils.runDhcp(mInterfaceName, mDhcpInfo)) {  
                           event = EVENT_DHCP_SUCCEEDED;  
                      }  

WifiLayer 处 理 EVENT_DHCP_SUCCEEDED 消息 , 会再次广播发送NETWORK_STATE_CHANGED_ACTION 这个 Intent,这次带上完整的 IP 地址信息。

[java]
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case EVENT_DHCP_SUCCEEDED:  
     mWifiInfo.setIpAddress(mDhcpInfo.ipAddress);  
     setDetailedState(DetailedState.CONNECTED);  
     intent =new Intent(WifiManager.NETWORK_STATE_CHANGED_ACTION);  
     intent.putExtra(WifiManager.EXTRA_NETWORK_INFO, mNetworkInfo);  
     mContext.sendStickyBroadcast(intent);  
     break;  



至此为止,整个连接过程完成。
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