Android之 MTP框架和流程分析

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概要

本文的目的是介绍Android系统中MTP的一些相关知识。主要的内容包括：
第1部分 MTP简介
对Mtp协议进行简单的介绍。
第2部分 MTP框架
介绍Android系统下MTP的框架。
第3部分 MTP启动流程
详细分析MTP服务的启动流程，包括Java层, JNI层, kernel相关知识的介绍。
第4部分 MTP协议之I->R流程
以"PC中打开一个MTP上的文件(读取文件内容)"为例，来对"MTP协议中Initiator到Reponser的流程"进行说明。
第5部分 MTP协议之R->I流程
以"Android设备中将一个文件拷贝到其他目录"来对"MTP协议中Reponser到Initiator的流程"进行说明。
注意：本文的MTP分析的软件环境Android 4.3 + Kernel 3.0！

转载请注明出处：http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3474206.html

第1部分 MTP简介

MTP，全称是Media Transfer Protocol（媒体传输协议）。它是微软的一个为计算机和便携式设备之间传输图像、音乐等所定制的协议。

Android从3.0开始支持MTP。MTP的应用分两种角色，一个是作为Initiator，另一个作为Responder。以"Android平板电脑"连接"PC"为例，他们的关系如图1-01所示。

Initiator —— 在MTP中所有的请求都有Initiator发起。例如，PC请求获取Android平板电脑上的文件数据。

Responder —— 它会处理Initiator的请求；除此之外，Responder也会发送Event事件。

图1-01

注意：关于MTP的详细规格请参考《MTP_Specification_V1.0》！

第2部分 MTP框架

Android中MTP的框架如图2-01所示：

图2-01

说明：

在Kernel层，USB驱动负责数据交换，而MTP驱动负责和上层进行通信，同时也和USB驱动进行通信。

(01)USB驱动负责数据交换，是指Android设备和PC通过USB数据线连接之后，实际的数据交换是经过USB数据线发送给USB驱动的。

(02)对于"MTP请求"而言，MTP驱动会从USB驱动中解析出的MTP请求数据，然后传递给上层。而对于上层传来的"MTP反馈"，MTP驱动也会将反馈内容打包好之后，通过传递给USB驱动。

在JNI层，MtpServer会不断地监听Kernel的消息"MTP请求"，并对相应的消息进行相关处理。同时，MTP的Event事件也是通过MtpServer发送给MTP驱动的。 MtpStorage对应一个"存储单元"；例如，SD卡就对应一个MtpStorage。 MtpPacket和MtpEventPacket负责对MTP消息进行打包。android_mtp_MtpServer是一个JNI类，它是"JNI层的MtpServer 和 Java层的MtpServer"沟通的桥梁。android_mtp_MtpDatabase也是一个JNI类，JNI层通过它实现了对MtpDatabase(Framework层)的操作。

在Framework层，MtpServer相当于一个服务器，它通过和底层进行通信从而提供了MTP的相关服务。MtpDatabase充当着数据库的功能，但它本身并没有数据库对数据进行保存，本质上是通过MediaProvider数据库获取所需要的数据。MtpStorage对应一个"存储单元"，它和"JNI层的MtpStorage"相对应。

在Application层，MtpReceiver负责接收广播，接收到广播后会启动/关闭MtpService；例如，MtpReceiver收到"Android设备和 PC连上"的消息时，会启动MtpService。 MtpService的作用是提供管理MTP的服务，它会启动MtpServer，以及将本地存储内容和MTP的内容同步。 MediaProvider在MTP中的角色，是本地存储内容查找和本地内容同步；例如，本地新增一个文件时，MediaProvider会通知MtpServer从而进行MTP数据同步。

第3部分 MTP启动流程

该部分对MTP服务的启动流程进行详细介绍。我们先通过时序图对MTP启动流程有个整体印象，然后再通过代码进行详细分析。其中，涉及的内容，包括Java层、JNI层和Kernel。

MTP服务启动时，Java层的程序流程如下图3-01所示。

图3-01

说明：MTP服务启动的触发事件是"PC和Android设备建立MTP连接"。当她们建立MTP连接时，USB驱动将产生USB连接消息，并最终通知UsbManager。UsbManager发出广播，并且广播被MtpReceiver收到；MtpReceiver收到广播后会启动MtpService，同时通知MediaProvider。MediaProvider会与MtpService绑定，若Android设备中的文件结构有变化(如"新键文件")，MediaProvider则会通知MtpService。MtpService启动后会创建MtpDatabase；之后，还会创建MtpServer，MtpServer会和MtpDatabase关联。然后，MtpService会遍历本地的存储设备，并建立相应的MtpStorage，并将该MtpStorage添加到MtpDatabase和MtpServer中。最后，MtpService会启动MtpServer。

MTP服务启动时，JNI层的程序流程如下图3-02所示。

图3-02

说明：前面说过MtpService启动后会先后创建MtpDatabase对象和MtpServer对象(Java层)，然后启动MtpServer(Java层)。

在创建MtpDatabase对象时，会通过native_setup()调用JNI本地方法。目的是进行初始化，为后面的MtpServer调用做准备。

在创建MtpServer对象(Java层)时，会通过native_setup()调用JNI本地方法。在本地方法中，打开MTP驱动创建的文件节点"/dev/mtp_usb"，并会获取MyMtpDatabase对象，然后创建"MtpServer对象(JNI层)"。

在启动MtpServer线程时，会对应的执行MtpServer(JNI层)的run()方法。MtpServer(JNI层)的run()中会不断的从"/dev/mtp_usb"中读取数据，并进行相应的处理。

涉及到的主要文件的路径：

packages/providers/MediaProvider/src/com/android/providers/media/MtpReceiver.java
packages/providers/MediaProvider/src/com/android/providers/media/MtpService.java
packages/providers/MediaProvider/src/com/android/providers/media/MediaProvider.java
frameworks/base/media/java/android/mtp/MtpServer.java
frameworks/base/media/java/android/mtp/MtpDatabase.java
frameworks/base/media/java/android/mtp/MtpStorage.java
frameworks/base/media/jni/android_mtp_MtpServer.cpp
frameworks/base/media/jni/android_mtp_MtpDatabase.cpp
frameworks/av/media/mtp/MtpServer.h
frameworks/av/media/mtp/MtpServer.cpp
frameworks/av/media/mtp/MtpDatabase.h

接下来，通过代码对MTP的服务启动的各个流程进行分析

1 USB_STATE广播

USB_STATE广播，即"android.hardware.usb.action.USB_STATE"广播。它是在USB连上/断开时，由UsbManager发出的广播；MtpReceive会接收该广播并进行处理。

例如，当"Android设备"和"PC"通过USB连接时，MtpReceiver会接收到USB_STATE广播，并判断"USB是不是连上，MTP是不是Enable状态"从而决定是否启动MtpService。

1.1 MtpReceiver监听广播的注册

MtpReceiver.java在它对应的manifest中注册监听"android.intent.action.BOOT_COMPLETED" 和 "android.hardware.usb.action.USB_STATE" 监听。

packages/providers/MediaProvider/AndroidManifest.xml中的源码如下：

1 <receiver android:name=".MtpReceiver">
2     <intent-filter>
3         <action android:name="android.intent.action.BOOT_COMPLETED" />
4     </intent-filter>
5     <intent-filter>
6         <action android:name="android.hardware.usb.action.USB_STATE" />
7     </intent-filter>
8 </receiver>

说明：

这是采用静态方式注册的广播，经过上面的注册之后，MtpReceiver就可以接收"android.intent.action.BOOT_COMPLETED" 和 "android.hardware.usb.action.USB_STATE" 这两个广播了。

(01) "android.intent.action.BOOT_COMPLETED" -- 是Android设备开机完成后发出的广播。

MtpReceiver通过该广播，来处理开机时Android设备和PC就已经是连接状态的情况。

该字符串对应是frameworks/base/core/java/android/content/Intent.java中的ACTION_BOOT_COMPLETED变量，源码如下：

public static final String ACTION_BOOT_COMPLETED = "android.intent.action.BOOT_COMPLETED";

(02) "android.hardware.usb.action.USB_STATE" -- 是USB连接状态发生变化时产生的广播。

MtpReceiver通过该广播，来处理Android设备和PC之间通过USB线热插拔的情况。

该字符串对应是frameworks/base/core/java/android/hardware/usb/UsbManager.java中的ACTION_USB_STATE变量，源码如下：

public static final String ACTION_USB_STATE = "android.hardware.usb.action.USB_STATE";

1.2 MtpReceiver对广播的处理

MtpReceiver对广播的处理在MtpReceiver.java中实现，源码如下：

 1 public void onReceive(Context context, Intent intent) {
 2     final String action = intent.getAction();
 3     if (Intent.ACTION_BOOT_COMPLETED.equals(action)) {
 4         final Intent usbState = context.registerReceiver(
 5                 null, new IntentFilter(UsbManager.ACTION_USB_STATE));
 6         if (usbState != null) {
 7             handleUsbState(context, usbState);
 8         }
 9     } else if (UsbManager.ACTION_USB_STATE.equals(action)) {
10         handleUsbState(context, intent);
11     }
12 }

说明：

MtpReceiver的onReceive()中会处理Intent.ACTION_BOOT_COMPLETED 和 UsbManager.ACTION_USB_STATE 这两个广播。

Intent.ACTION_BOOT_COMPLETED 和 UsbManager.ACTION_USB_STATE 的处理流程一样，最终都是通过handleUsbState()来处理的。下面的是基于UsbManager.ACTION_USB_STATE广播。

当"Android设备"和"PC"连接时，Android系统会检测USB连接事件并发出UsbManager.ACTION_USB_STATE广播。MtpReceiver最终会调用handleUsbState()对该广播进行处理。

1.3 MtpReceiver的handleUsbState()

handleUsbState()也在MtpReceiver.java中实现，源码如下：

 1 private void handleUsbState(Context context, Intent intent) {
 2     Bundle extras = intent.getExtras();
 3     boolean connected = extras.getBoolean(UsbManager.USB_CONFIGURED);    // 获取USB的连接状态
 4     boolean mtpEnabled = extras.getBoolean(UsbManager.USB_FUNCTION_MTP); // 获取MTP的Enable状态
 5     boolean ptpEnabled = extras.getBoolean(UsbManager.USB_FUNCTION_PTP); // 获取PTP的Enable状态
 6 
 7     if (connected && (mtpEnabled || ptpEnabled)) {
 8         // 如果USB是连接状态，并且“MTP或者PTP是Enable状态”就执行下面的代码
 9 
10         intent = new Intent(context, MtpService.class);
11         if (ptpEnabled) {
12             intent.putExtra(UsbManager.USB_FUNCTION_PTP, true);
13         }
14         // 启动MtpService服务
15         context.startService(intent);
16         // 通知MediaProvider，MTP已经连上。
17         context.getContentResolver().insert(Uri.parse(
18                 "content://media/none/mtp_connected"), null);
19     } else {
20         // 结束MtpService服务
21         context.stopService(new Intent(context, MtpService.class));
22         // 通知MediaProvider，MTP已经断开。
23         context.getContentResolver().delete(Uri.parse(
24                 "content://media/none/mtp_connected"), null, null);
25     }
26 }

说明：

handleUsbState()会先获取"USB连接状态"，"MTP和PTP的Enable"状态。

如果USB是连上的，并且MTP或PTP是Enable，则启动MtpService，并通知MediaProvider。

否则的话，则终止MtpService，并通知MediaProvider。

小结：MtpReceiver会监听"Android设备开机完成广播" 和 "USB连接/断开广播"的处理。到收到广播时，会根据"USB的连接状态，MTP/PTP的Enable状态"决定对MTP的处理。如果是连上状态，而且MTP服务是Enable的，则启动MtpService服务；并且通知MediaProvider。

2 startService()

在"Android设备与PC连上，并且MTP是Enable"的情况下，MtpService会被启动。在"Android设备与PC断开"时，MtpService会被终止。

MtpService的作用是提供管理MTP的服务。例如，MtpService启动时，它会遍历Android设备上所有的存储设备，如果该存储设备是挂载的，则创建该存储设备对应的MtpStorage对象，并将该MtpStorage对象添加到MtpDatabase和MtpServer中。在Android设备中存储结构发生变化时，会收到MediaProvider发来的消息，进而将消息转发给MtpServer，进行MTP同步。

下面，通过代码对MtpService进行介绍。

2.1 创建MtpService

MtpService继承于Service，这意味着它是一个服务。根据服务的执行流程，MtpService在创建后会执行onCreate()函数。

MtpService中onCreate()的源码如下：

 1 public class MtpService extends Service {
 2 
 3     @Override
 4     public void onCreate() {
 5         // 监听“屏幕解锁”广播
 6         registerReceiver(mReceiver, new IntentFilter(Intent.ACTION_USER_PRESENT));
 7 
 8         // 获取StorageManager对象。根据静态工厂方法获取的。
 9         mStorageManager = StorageManager.from(this);
10         synchronized (mBinder) {
11             // 根据“屏幕锁定与否”来启动/禁用Mtp功能。
12             // 如果是当前用户在设定了屏幕解锁密码的情况下锁屏，则禁用Mtp功能。
13             updateDisabledStateLocked();
14             // 监听“存储设备的挂载/卸载等广播事件”。
15             mStorageManager.registerListener(mStorageEventListener);
16             // 遍历“Android设备”上所有存储设备。
17             // 如果该存储设备是“挂载状态(MEDIA_MOUNTED)”，则通过Mtp锁定该存储设备；
18             // 这里的Mtp锁定，是指Mtp能识别到该存储设备，并将该存储设备映射到PC上。
19             StorageVolume[] volumes = mStorageManager.getVolumeList();
20             mVolumes = volumes;
21             for (int i = 0; i < volumes.length; i++) {
22                 String path = volumes[i].getPath();
23                 String state = mStorageManager.getVolumeState(path);
24                 if (Environment.MEDIA_MOUNTED.equals(state)) {
25                     volumeMountedLocked(path);
26                 }
27             }
28         }
29     }
30 
31     ...
32 }

说明：

(01) 如果当前用户在设定了"屏幕锁定密码"的情况下将Android设备锁屏，此时MTP功能是被禁用掉的。

updateDisabledStateLocked()的作用，就是处理这种情况的。如果"用户不是当前用户" 或者 "用户在设定了'屏幕锁定密码'的情况下将Android设备锁屏"；此时MTP功能都是被禁用了的。

mReceiver是处理解锁的广播。当屏幕锁解除之后，MTP又能恢复正常工作！

(02) MTP是将Android设备的存储设备映射到PC上。因此，Android设备上的存储设备如果被用户卸载掉的话，要通知PC；而mStorageEventListener就是来监听"Android设备上的存储设备的挂载/卸载状态"的。

2.2 volumeMountedLocked()

volumeMountedLocked()在MtpService.java中实现，源码如下：

 1 private void volumeMountedLocked(String path) {
 2     // 忽略“U盘”
 3     if(MediaProvider.UDISK_MOUNT_POINT.equals(path))
 4         return;
 5     // 在所有的存储设备中遍历，找出该“path对应的存储设备”，并将它添加到mVolumeMap中。
 6     for (int i = 0; i < mVolumes.length; i++) {
 7         StorageVolume volume = mVolumes[i];
 8         if (volume.getPath().equals(path)) {
 9             long reserveSpace = volume.getMtpReserveSpace() * 1024 * 1024;
10             if(path.equals(MediaProvider.LOCAL_MOUNT_POINT))
11                 volume.setStorageId(0);
12             else if(path.equals(MediaProvider.UDISK_MOUNT_POINT)){
13                 volume.setStorageId(2);
14             }else{
15                 volume.setStorageId(1);
16             }
17             mVolumeMap.put(path, volume);
18             if (!mMtpDisabled) {
19                 if (volume.isPrimary() || !mPtpMode) {
20                     addStorageLocked(volume);
21                 }
22             }
23             break;
24         }
25     }
26 }

说明：

虽然 volumeMountedLocked()调用addStorageLocked()。但此时没有进行实质性的动作，真正映射的工作是在onStartCommand()中完成的，即在服务启动之后完成的。

2.3 onStartCommand()

由于MtpService是"Started Service"类型的服务，而不是"Bound Service"。所以，MtpService启动之后会执行onStartCommand()。

MtpService.java中onStartCommand()的源码如下：

 1 public int onStartCommand(Intent intent, int flags, int startId) {
 2     synchronized (mBinder) {
 3         // 根据“屏幕锁定与否”来启动/禁用Mtp功能。
 4         // 如果是当前用户在设定了屏幕解锁密码的情况下锁屏，则禁用Mtp功能。
 5         updateDisabledStateLocked();
 6         mPtpMode = (intent == null ? false
 7                 : intent.getBooleanExtra(UsbManager.USB_FUNCTION_PTP, false));
 8         String[] subdirs = null;
 9         if (mPtpMode) {
10             // PTP模型才执行到这里。
11             int count = PTP_DIRECTORIES.length;
12             subdirs = new String[count];
13             for (int i = 0; i < count; i++) {
14                 File file =
15                         Environment.getExternalStoragePublicDirectory(PTP_DIRECTORIES[i]);
16                 // make sure this directory exists
17                 file.mkdirs();
18                 subdirs[i] = file.getPath();
19             }
20         }
21         // 获取“主存储分区”。
22         final StorageVolume primary = StorageManager.getPrimaryVolume(mVolumes);
23         // 新建MtpDatabase对象
24         mDatabase = new MtpDatabase(this, MediaProvider.LOCAL_VOLUME,
25             primary.getPath(), subdirs);
26         manageServiceLocked();
27     }
28 
29     return START_STICKY;
30 }

说明：onStartCommand()中创建了mDatabase对象，然后调用manageServiceLocked()。

2.4 manageServiceLocked()

该函数在MtpService.java中实现，源码如下：

 1 private void manageServiceLocked() {
 2     // 是不是当前用户
 3     final boolean isCurrentUser = UserHandle.myUserId() == ActivityManager.getCurrentUser();
 4     if (mServer == null && isCurrentUser) {
 5         // 新建mServer对象
 6         mServer = new MtpServer(mDatabase, mPtpMode);
 7         // 如果MTP没被禁用调，则调用addStorageDevicesLocked()
 8         if (!mMtpDisabled) {
 9             addStorageDevicesLocked();
10         }
11         // 启动MtpServer
12         mServer.start();
13     } else if (mServer != null && !isCurrentUser) {
14         mServer = null;
15     }
16 }

说明：manageServiceLocked()会新建MtpServer对象，在通过addStorageDevicesLocked()将存储设备添加到Mtp上之后，再启动MtpServer。MtpService会启动一个线程用于管理Android设备和PC之间的通信，它也会"将通过addStorageDevicesLocked()添加的存储设备"映射到PC上。

2.5 addStorageDevicesLocked()

该函数在MtpService.java中实现，源码如下：

 1 private void addStorageDevicesLocked() {
 2     if (mPtpMode) {
 3         final StorageVolume primary = StorageManager.getPrimaryVolume(mVolumes);
 4         final String path = primary.getPath();
 5         if (path != null) {
 6             String state = mStorageManager.getVolumeState(path);
 7             if (Environment.MEDIA_MOUNTED.equals(state)) {
 8                 addStorageLocked(mVolumeMap.get(path));
 9             }
10         }
11     } else {
12         // 如果是MTP模式，则调用addStorageLocked()，mVolumeMap中的存储设备添加到Mtp中。
13         for (StorageVolume volume : mVolumeMap.values()) {
14             addStorageLocked(volume);
15         }
16     }
17 }

说明：如果是MTP模式，则调用addStorageLocked()，mVolumeMap中的存储设备添加到Mtp中。mVolumeMap在volumeMountedLocked()中已经被初始化，它保存的是挂载状态的存储设备。

2.6 addStorageLocked()

该函数在MtpService.java中实现，源码如下：

 1 该函数在MtpService.java中实现，源码如下：
 2 private void addStorageLocked(StorageVolume volume) {
 3     // 忽略 “volume为空” 或者 “volume是u盘”的情况
 4     if(volume != null && MediaProvider.UDISK_MOUNT_POINT.equals(volume.getPath()))
 5         return;
 6     // 新建该“存储设备”对应的MtpStorage，并将该“存储设备”添加到哈希表mStorageMap中。
 7     MtpStorage storage = new MtpStorage(volume, getApplicationContext());
 8     String path = storage.getPath();
 9     mStorageMap.put(path, storage);
10 
11     // 将storage添加到mDatabase中
12     if (mDatabase != null) {
13         mDatabase.addStorage(storage);
14     }
15     // 将storage添加到mServer中
16     if (mServer != null) {
17         mServer.addStorage(storage);
18     }
19 }

小结：

MtpService服务的主要工作是搜索出Android设备上所有"挂载"的存储设备，然后根据这些挂载的存储设备分别创建MtpStorage对象；随后，将MtpStorage对象添加到MtpDatabase中进行数据转换和同步，同时也将MtpStorage添加MtpServer，随后的"Android设备和PC之间的通信和数据同步等工作"就交由MtpServer主导进行。

3 insert("mtp_connected")

MtpReceiver在handleUsbState()通过insert()将消息上报给MediaProvider。

3.1 MediaProvider静态注册块

MediaProvider在静态块中添加了对"mtp_connected"事件的监听。源码如下：

1 static
2 {
3     ...
4 
5     URI_MATCHER.addURI("media", "*/mtp_connected", MTP_CONNECTED);
6 
7     ...
8 }

3.2 MediaProvider中的insert()

当MtpReceiver给MediaProvider发出"插入的mtp_connected"消息时，MediaProvider会执行insert()函数。源码如下：

 1 @Override
 2 public Uri insert(Uri uri, ContentValues initialValues) {
 3     int match = URI_MATCHER.match(uri);
 4 
 5     ArrayList<Long> notifyRowIds = new ArrayList<Long>();
 6     Uri newUri = insertInternal(uri, match, initialValues, notifyRowIds);
 7     notifyMtp(notifyRowIds);
 8 
 9     // we will signal instead after file transfer is successful.
10     if (newUri != null && match != MTP_OBJECTS) {
11         getContext().getContentResolver().notifyChange(uri, null);
12     }
13     return newUri;
14 }

说明：insert()会调用insertInternal()对消息进行处理。

3.3 MediaProvider中的insertInternal()

MediaProvider对插入消息的处理在insertInternal()中执行，它的源码如下：

 1 private Uri insertInternal(Uri uri, int match, ContentValues initialValues,
 2                            ArrayList<Long> notifyRowIds) {
 3     ...
 4 
 5     switch (match) {
 6         case MTP_CONNECTED:
 7             synchronized (mMtpServiceConnection) {
 8                 if (mMtpService == null) {
 9                     Context context = getContext();
10                     // 将MediaProvider和MtpService绑定。
11                     context.bindService(new Intent(context, MtpService.class),
12                             mMtpServiceConnection, Context.BIND_AUTO_CREATE);
13                 }
14             }
15             break;
16        ...
17    }
18 
19    ...
20 }

说明：insertInternal()会调用bindService()将MediaProvider和MtpService绑定。

4 bindService()

在MediaProvider的insertInternal()中会调用bindService()，而bindService()则会将MediaProvider和MtpService绑定。

而之所以要绑定，是为了将实现MTP同步。例如，当Android设备上新建一个文件时，最终后同步到MediaProvider数据库中；而MediaProvider数据库看同步完成之后，会发送消息给MtpService通知它进行MTP的同步。

小结：MediaProvider在MtpService启动时和MtpService绑定，在MtpService终止时解除绑定。而绑定的目的是为了实现MTP同步功能。

5 mDatabase=new MtpDatabase()

在MtpService的onStartCommand()中，会通过new MtpDatabase()创建MtpDatabase对象。

MtpDatabase在MTP中，充当着数据库的功能。但它本身并没有数据库对数据进行保存，本质上是通过MediaProvider数据库获取所需要的数据。例如，当在PC上，需要读取某个文件时，MtpDatabase会在MediaProvider数据库中查询出文件的相关信息(包括文件名、大小、扩展名等)；然后将这些信息交给MtpServer，MtpServer将消息传递给JNI，在JNI中会通过文件名打开，然后再文件句柄等信息传递给Kernel；Kernel根据文件句柄读取文件信息，并传给PC。

下面，通过代码查看以下MtpDatabase的流程。先看MtpDatabase构造函数，源码如下：

 1 public class MtpDatabase {
 2 
 3     public MtpDatabase(Context context, String volumeName, String storagePath,
 4             String[] subDirectories) {
 5         // 调用JNI函数
 6         native_setup();
 7 
 8         // 初始化
 9         mContext = context;
10         mPackageName = context.getPackageName();
11         mMediaProvider = context.getContentResolver().acquireProvider("media");
12         mVolumeName = volumeName;
13         mMediaStoragePath = storagePath;
14         mObjectsUri = Files.getMtpObjectsUri(volumeName);
15         mMediaScanner = new MediaScanner(context);
16 
17         mSubDirectories = subDirectories;
18 
19         ...
20 
21         // 初始化设备属性，将其保存到SharedPreferences中
22         initDeviceProperties(context);
23     }
24 
25     ...
26 }

说明：MtpDatabase的构造函数主要进行的是初始化工作，它首先会调用native_setup()。

5.1 native_setup()

native_setup()在MtpDatabase.java中是一个本地方法。它的相关定义如下：

1 static {
2     System.loadLibrary("media_jni");
3 }
4 private native final void native_setup();

说明：

从中可以看出native_setup()的实现在libmedia_jni.so中，准确的说是在android_mtp_MtpDatabase.cpp中的注册。相关的代码如下：

1 static JNINativeMethod gMtpDatabaseMethods[] = {
2     {"native_setup",            "()V",  (void *)android_mtp_MtpDatabase_setup},
3     {"native_finalize",         "()V",  (void *)android_mtp_MtpDatabase_finalize},
4 };

从中，我们看出，native_setup()实际上是和JNI中的android_mtp_MtpDatabase_setup()对应。android_mtp_MtpDatabase_setup()的源码如下：

1 static void android_mtp_MtpDatabase_setup(JNIEnv *env, jobject thiz)
2 {
3     // 新建MyMtpDatabase对象database
4     MyMtpDatabase* database = new MyMtpDatabase(env, thiz);
5     // 将database对象保存“field_context”域中。
6     env->SetIntField(thiz, field_context, (int)database);
7     checkAndClearExceptionFromCallback(env, __FUNCTION__);
8 }

说明：

android_mtp_MtpDatabase_setup()会创建一个MyMtpDatabase对象，并将该对象保存"field_context"域中。这个被保存的MyMtpDatabase对象在后面会被用到。

5.2 database=new MyMtpDatabase()

MyMtpDatabase位于"JNI层"，它与"Java层的MtpDatabase"对应。MTP通过调用MyMtpDatabase的接口，给Java层的MtpDatabase发送消息；从而进行相关MTP数据的收集。

小结：MtpDatabase的相当于MTP的数据库。在MtpDatabase的创建过程中，它最终会调用JNI本地方法，创建一个MyMtpDatabase对象，并将该对象保存在域field_context中。MTP通过调用保存在field_context域中的MyMtpDatabase对象，从而调用MtpDatabase，进而获取相关的数据。

6 mServer=new MtpServer()

MtpServer是一个实现Runnable接口，它相当于一个线程；并且在MtpService中被启动。

MtpServer在MTP的Framework层中，充当着服务器的角色。例如，当MTP服务启动时，它会通知底层；当Android设备中新增文件时，它会收到MtpService的消息，并将该消息转发给底层。

MtpServer的构造函数源码如下：

1 public class MtpServer implements Runnable {
2     public MtpServer(MtpDatabase database, boolean usePtp) {
3         native_setup(database, usePtp);
4     }
5 
6     ...
7 }

说明：MtpServer实现了Runnable接口，在它的构造函数中，它会调用native_setup()本地方法。在MtpServer中，声明了许多native方法，它们的相关代码如下：

 1 static {
 2     System.loadLibrary("media_jni");
 3 }
 4 private native final void native_setup(MtpDatabase database, boolean usePtp);
 5 private native final void native_run();
 6 private native final void native_cleanup();
 7 private native final void native_send_object_added(int handle);
 8 private native final void native_send_object_removed(int handle);
 9 private native final void native_add_storage(MtpStorage storage);
10 private native final void native_remove_storage(int storageId);

6.1 native_setup()

MtpServer中的native方法在android_mtp_MtpServer.cpp中注册，注册表格如下：

 1 static JNINativeMethod gMethods[] = {
 2     {"native_setup",                "(Landroid/mtp/MtpDatabase;Z)V",
 3                                             (void *)android_mtp_MtpServer_setup},
 4     {"native_run",                  "()V",  (void *)android_mtp_MtpServer_run},
 5     {"native_cleanup",              "()V",  (void *)android_mtp_MtpServer_cleanup},
 6     {"native_send_object_added",    "(I)V", (void *)android_mtp_MtpServer_send_object_added},
 7     {"native_send_object_removed",  "(I)V", (void *)android_mtp_MtpServer_send_object_removed},
 8     {"native_add_storage",          "(Landroid/mtp/MtpStorage;)V",
 9                                             (void *)android_mtp_MtpServer_add_storage},
10     {"native_remove_storage",       "(I)V", (void *)android_mtp_MtpServer_remove_storage},
11 };

从中，我们直到native_setup()实际上是与android_mtp_MtpServer_setup()对应。

android_mtp_MtpServer_setup()的源码如下：

 1 static void android_mtp_MtpServer_setup(JNIEnv *env, jobject thiz, jobject javaDatabase, jboolean usePtp)
 2 {
 3     // 打开文件“/dev/mtp_usb”
 4     int fd = open("/dev/mtp_usb", O_RDWR);
 5     if (fd >= 0) {
 6         // 根据“fd”和“MtpDatabase”创建MtpServer对象server
 7         MtpServer* server = new MtpServer(fd, getMtpDatabase(env, javaDatabase),
 8                 usePtp, AID_MEDIA_RW, 0664, 0775);
 9         // 将server对象保存到“field_MtpServer_nativeContext”域中。
10         env->SetIntField(thiz, field_MtpServer_nativeContext, (int)server);
11     } else {
12         ALOGE("could not open MTP driver, errno: %d", errno);
13     }
14 }

说明：

(01) fd是文件"/dev/mtp_usb"的句柄。实际上，MTP是通过"/dev/mtp_usb"去监听PC的请求和向PC发送数据的。

(02) getMtpDatabase(env, javaDatabase)返回的是MtpDatabase对象。

(03) 根据fd和getMtpDatabase()返回的MtpDatabase对象，创建server对象；然后通过SetIntFiel()将server对象保存到field_MtpServer_nativeContext这个域中。

6.2 fd = open("/dev/mtp_usb")

android_mtp_MtpServer_setup()会打开"/dev/mtp_usb"文件。在MTP中，MtpServer会不断的从"/dev/mtp_usb"去读取数据来监听PC的请求；同时，数据反馈和其他事件也是通过"/dev/mtp_usb"去反馈给Kernel的。

6.3 getMtpDatabase()

该函数在android_mtp_MtpDatabase.cpp中实现，源码如下：

1 MtpDatabase* getMtpDatabase(JNIEnv *env, jobject database) {
2     return (MtpDatabase *)env->GetIntField(database, field_context);
3 }

说明：field_context在前面介绍的"android_mtp_MtpDatabase_setup()"中被初始化。所以，这里实际上返回的是MyMtpDatabase对象。

6.4 new MtpServer(fd, ...)

MtpServer的构造函数在MtpServer.cpp中实现，源码如下：

MtpServer::MtpServer(int fd, MtpDatabase* database, bool ptp,
                    int fileGroup, int filePerm, int directoryPerm)
    :   mFD(fd),
        mDatabase(database),
        mPtp(ptp),
        mFileGroup(fileGroup),
        mFilePermission(filePerm),
        mDirectoryPermission(directoryPerm),
        mSessionID(0),
        mSessionOpen(false),
        mSendObjectHandle(kInvalidObjectHandle),
        mSendObjectFormat(0),
        mSendObjectFileSize(0) {}

说明：

其中比较重要的两则信息：(01) mFD是"/dev/mtp_usb"的文件句柄。 (02) mDatabase是上一步getMtpDatabase()返回的MtpDatabase对象。

7 storage = new MtpStorage()

一个MtpStorage对象代表一个MTP存储单元。当Android设备和PC连上时，可能有几个存储单元：例如，内部存储分区，SD卡分区等。

MtpStorage的构造函数如下：

 1 public class MtpStorage {
 2     private final int mStorageId;
 3     private final String mPath;
 4     private final String mDescription;
 5     private final long mReserveSpace;
 6     private final boolean mRemovable;
 7     private final long mMaxFileSize;
 8 
 9     public MtpStorage(StorageVolume volume, Context context) {
10         // 存储设备ID
11         mStorageId = volume.getStorageId();
12         // 对应“Android设备”上的存储路径
13         mPath = volume.getPath();
14         // 描述
15         mDescription = context.getResources().getString(volume.getDescriptionId());
16         // (对MTP而言)可用空间
17         mReserveSpace = volume.getMtpReserveSpace() * 1024L * 1024L;
18         // 是否可移除
19         mRemovable = volume.isRemovable();
20         // 最大文件大小。(0表示无限制)
21         mMaxFileSize = volume.getMaxFileSize();
22     }
23 
24     ...
25 }

8 mDatabase.addStorage(storage)

MtpDatabase.java中addStorage()的源码如下：

public void addStorage(MtpStorage storage) {
    mStorageMap.put(storage.getPath(), storage);
}
public void removeStorage(MtpStorage storage) {
    mStorageMap.remove(storage.getPath());
}

说明：mStorageMap是个HashMap对象。此处，addStorage()的作用就是将"存储设备的信息保存到哈希表中"。当该存储设备被卸载时，会调用MtpDatabase.java的removeStorage()，进而从mStorageMap中删除相应的存储设备。

9 mServer.addStorage(storage)

mServer.addStorage(storage) 会对应执行MtpServer.java中的addStorage()函数。源码如下：

1 public void addStorage(MtpStorage storage) {
2     native_add_storage(storage);
3 }

根据前面介绍的gMethods表格，我们知道native_add_storage()实际上是调用的android_mtp_MtpServer_add_storage()。

9.1 android_mtp_MtpServer_add_storage()

 1 static void android_mtp_MtpServer_add_storage(JNIEnv *env, jobject thiz, jobject jstorage)
 2 {
 3     Mutex::Autolock autoLock(sMutex);
 4 
 5     // 获取MtpServer对象
 6     MtpServer* server = getMtpServer(env, thiz);
 7     if (server) {
 8         // field_MtpStorage_storageId 和 “MtpStorage.java中的mStorageId” 对应
 9         jint storageID = env->GetIntField(jstorage, field_MtpStorage_storageId);
10         // field_MtpStorage_path 和 “MtpStorage.java中的mPath” 对应
11         jstring path = (jstring)env->GetObjectField(jstorage, field_MtpStorage_path);
12         // field_MtpStorage_description 和 “MtpStorage.java中的mDescription” 对应
13         jstring description = (jstring)env->GetObjectField(jstorage, field_MtpStorage_description);
14         // field_MtpStorage_reserveSpace 和 “MtpStorage.java中的mReserveSpace” 对应
15         jlong reserveSpace = env->GetLongField(jstorage, field_MtpStorage_reserveSpace);
16         // field_MtpStorage_removable 和 “MtpStorage.java中的mRemovable” 对应
17         jboolean removable = env->GetBooleanField(jstorage, field_MtpStorage_removable);
18         // field_MtpStorage_maxFileSize 和 “MtpStorage.java中的mMaxFileSize” 对应
19         jlong maxFileSize = env->GetLongField(jstorage, field_MtpStorage_maxFileSize);
20 
21         // 将“jstring类型的path”转换为“C语言中的char *类型”
22         const char *pathStr = env->GetStringUTFChars(path, NULL);
23         if (pathStr != NULL) {
24             // 获取“存储设备”的描述字符串
25             const char *descriptionStr = env->GetStringUTFChars(description, NULL);
26             if (descriptionStr != NULL) {
27                 // 创建(MtpStorage.cpp)MtpStorage对象
28                 MtpStorage* storage = new MtpStorage(storageID, pathStr, descriptionStr,
29                         reserveSpace, removable, maxFileSize);
30                 // 将该MtpStorage对象，添加到MtpServer中
31                 server->addStorage(storage);
32                 env->ReleaseStringUTFChars(path, pathStr);
33                 env->ReleaseStringUTFChars(description, descriptionStr);
34             } else {
35                 env->ReleaseStringUTFChars(path, pathStr);
36             }
37         }
38     } else {
39         ALOGE("server is null in add_storage");
40     }
41 }

说明：

(01) getMtpServer()返回的是MtpServer对象。

(02) 通过GetIntField(), GetObjectField()等一系列操作，将相关的域分别和MtpStorage.java中的域对应起来。

(03) 创建MtpStorage对象。

(04) 通过addStorage()将MtpStorage对象，添加到MtpServer中。

9.2 server=getMtpServer()

getMtpServer()在android_mtp_MtpServer.cpp中实现，源码如下：

1 static inline MtpServer* getMtpServer(JNIEnv *env, jobject thiz) {
2     return (MtpServer*)env->GetIntField(thiz, field_MtpServer_nativeContext);
3 }

说明：getMtpServer()返回的是MtpServer对象。该对象，我们在前面介绍的"android_mtp_MtpServer_setup()"的初始化的。

9.3 storage=new MtpStorage()

在android_mtp_MtpServer_add_storage()中，我们通过GetIntField(),GetObjectField(), GetLongField()等方法获取"JNI中的域"对应的"MtpStoarge.java中的类成员"。下面以field_MtpStorage_storageId为例，简单说说"JNI中的域"是如何与"MtpStorage.java中的mStorageId"关联的。

首先，field_MtpStorage_storageId的值是在register_android_mtp_MtpServer()中初始化的。源码如下：

 1 int register_android_mtp_MtpServer(JNIEnv *env)
 2 {
 3     jclass clazz;
 4 
 5     // 找到java中“android.mtp.MtpStorage.java”包
 6     clazz = env->FindClass("android/mtp/MtpStorage");
 7     ...
 8 
 9     // 获取“MtpStorage.java中mStorageId”的fieldId，并保存到field_MtpStorage_storageId中
10     field_MtpStorage_storageId = env->GetFieldID(clazz, "mStorageId", "I");
11     if (field_MtpStorage_storageId == NULL) {
12         ALOGE("Can't find MtpStorage.mStorageId");
13         return -1;
14     }
15 
16     ..
17 }

register_android_mtp_MtpServer()又是何时被调用的呢？

它是在android_media_MediaPlayer.cpp的JNI_OnLoad()中被调用的，而JNI_OnLoad是我们调用JNI对应的库时被JNI自动调用执行的。

 1 jint JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved)
 2 {
 3     ...
 4 
 5     if (register_android_mtp_MtpServer(env) < 0) {
 6         ALOGE("ERROR: MtpServer native registration failed");
 7         goto bail;
 8     }
 9 
10     ...
11 }

由于在register_android_mtp_MtpServer()中，"MtpStorage.java中mStorageId"的已经保存field_MtpStorage_storageId中；

在android_mtp_MtpServer_add_storage()中，我们就可以通过env->GetIntField(jstorage, field_MtpStorage_storageId)来获取"MtpStorage.java中mStorageId"。

下面，我们看看MtpStorage.h(JNI层)中的成员如下：

 1 class MtpStorage {
 2 
 3 private:
 4     MtpStorageID            mStorageID;
 5     MtpString               mFilePath;
 6     MtpString               mDescription;
 7     uint64_t                mMaxCapacity;
 8     uint64_t                mMaxFileSize;
 9     uint64_t                mReserveSpace;
10     bool                    mRemovable;
11 
12     ...
13 }

将MtpStroage.h(JNI层)中的成员和"前面介绍的MtpStroage.java的成员"进行对比，它们非常相似。实际上，MTP就是通过MtpStorage.cpp来获取MtpStorage.java的相关信息的。

9.4 server->addStorage(storage)

MtpServer.cpp中addStorage()的源码如下：

1 void MtpServer::addStorage(MtpStorage* storage) {
2     // 获取“信号量”
3     Mutex::Autolock autoLock(mMutex);
4 
5     // mStorages是“MtpStorage的Vector容量对象”，相当于“MtpStorage的动态数组”。
6     mStorages.push(storage);
7     // 调用sendStoreAdded()通知PC，让PC通过MTP挂载该存储设备
8     sendStoreAdded(storage->getStorageID());
9 }

说明：addStorage()的作用，就是将"输入参数storage"添加到"mStorages动态数组"中进行管理；然后，调用sendStoreAdded()告诉PC挂载该设备。下面看看sendStoreAdded()是如何处理的。

9.5 sendStoreAdded()

MtpServer.cpp中sendStoreAdded()的源码如下：

1 void MtpServer::sendStoreAdded(MtpStorageID id) {
2     sendEvent(MTP_EVENT_STORE_ADDED, id);
3 }

说明：

MTP_EVENT_STORE_ADDED是"MtpEventCode类型"的数组中的成员，而MtpEventCode是uint16_t类型。所以，MTP_EVENT_STORE_ADDED是一个"16位的无符号整型数"，它代表的是一个MTP事件指令ID。

9.6 sendEvent()

MtpServer.cpp中sendEvent()的源码如下：

1 void MtpServer::sendEvent(MtpEventCode code, uint32_t param1) {
2     if (mSessionOpen) {
3         mEvent.setEventCode(code);
4         mEvent.setTransactionID(mRequest.getTransactionID());
5         mEvent.setParameter(1, param1);
6         int ret = mEvent.write(mFD);
7         ALOGV("mEvent.write returned %d\n", ret);
8     }
9 }

说明：

(01) mSessionOpen是"MTP会话是否打开的标记"。当PC和Android设备连上之后，PC会发送"打开会话指令"给Android设备从而开打会话；到PC和Android设备断开时，会话才结束。在打开会话时，会设置mSessionOpen为true。这也意味着，此时的mSessionOpen已经为true。

(02) mEvent是MtpEventPacket对象。而MtpEventPacket继承于MtpPacket，MtpEventPacket声明如下：

class MtpEventPacket : public MtpPacket {}

9.7 mEvent.write()

sendEvent()在执行mEvent.write()之前，会初始化mEvent对象。

9.7.1 setEventCode()

setEventCode()在MtpEventPacket.h中实现，源码如下：

inline void setEventCode(MtpEventCode code) { return setContainerCode(code); }

setContainerCode()在MtpPacket.cpp中实现，源码如下：

void MtpPacket::setContainerCode(uint16_t code) {
    putUInt16(MTP_CONTAINER_CODE_OFFSET, code);
}

putUInt16()在MtpPacket.cpp中实现，源码如下：

void MtpPacket::putUInt16(int offset, uint16_t value) {
    mBuffer[offset++] = (uint8_t)(value & 0xFF);
    mBuffer[offset++] = (uint8_t)((value >> 8) & 0xFF);
}

说明：

putUInt16()是"将16位的无符号整型数写入到缓冲中"。其中，mBuffer是"数据缓冲"。

综上所述，setEventCode(code)的作用就是将"消息的编码写入到缓冲"，等其他数据写入缓冲之后，再一起发送给PC。对于"添加存储设备而言"，Android设备发给PC的消息的编码就是MTP_EVENT_STORE_ADDED。

9.7.2 setTransactionID()

setTransactionID()在MtpPacket.cpp中实现，源码如下：

void MtpPacket::setTransactionID(MtpTransactionID id) {
    putUInt32(MTP_CONTAINER_TRANSACTION_ID_OFFSET, id);
}

putUInt32()在MtpPacket.cpp中实现，源码如下：

void MtpPacket::putUInt32(int offset, uint32_t value) {
    mBuffer[offset++] = (uint8_t)(value & 0xFF);
    mBuffer[offset++] = (uint8_t)((value >> 8) & 0xFF);
    mBuffer[offset++] = (uint8_t)((value >> 16) & 0xFF);
    mBuffer[offset++] = (uint8_t)((value >> 24) & 0xFF);
}

说明：

putUInt32()和putUInt16()作用类似，putUInt32()的作用是"将32位的无符号整型数写入到缓冲中"。其中，mBuffer是"数据缓冲"。

综上所述，setTransactionID()就是将"TransactionID写入到缓冲"。

9.7.3 setParameter()

setParameter()在MtpPacket.cpp中实现，源码如下：

 1 void MtpPacket::setParameter(int index, uint32_t value) {
 2     if (index < 1 || index > 5) {
 3         ALOGE("index %d out of range in MtpPacket::setParameter", index);
 4         return;
 5     }
 6     int offset = MTP_CONTAINER_PARAMETER_OFFSET + (index - 1) * sizeof(uint32_t);
 7     if (mPacketSize < offset + sizeof(uint32_t))
 8         mPacketSize = offset + sizeof(uint32_t);
 9     putUInt32(offset, value);
10 }

说明： setParameter()的作用是"将StorageID写入缓冲"，从而告诉PC操作哪个"存储设备"。

9.7.4 write()

write()在MtpEventPacket.cpp中实现，源码如下：

 1 int MtpEventPacket::write(int fd) {
 2     struct mtp_event    event;
 3 
 4     putUInt32(MTP_CONTAINER_LENGTH_OFFSET, mPacketSize);
 5     putUInt16(MTP_CONTAINER_TYPE_OFFSET, MTP_CONTAINER_TYPE_EVENT);
 6 
 7     // 将“缓冲”赋值给event.data
 8     event.data = mBuffer;
 9     event.length = mPacketSize;
10     // 通过“ioctl事件”将该消息发送给驱动，驱动再负责和PC通信。
11     int ret = ::ioctl(fd, MTP_SEND_EVENT, (unsigned long)&event);
12     return (ret < 0 ? ret : 0);
13 }

说明：

write()的作用，就是将打包好的消息发送给PC。write()的作用是将消息传递给Kernel，真正传递给PC是在Kernel的驱动中进行处理的。感兴趣的可以看看下面Kernel的write()介绍部分。

下面简单介绍下Kernel中write()是如何实现的。通过前面介绍的MTP架构图，我们知道：

(01) PC和Android设备是通过USB协议来进行MTP通信的。

注意：MTP协议除了USB之外，还可以通过BT等协议进行通信；这里只对USB进行说明。

(02) PC给Android设备发送消息时，PC会通过USB传输数据给内核。MTP驱动再从USB中读取出"PC传过来的消息"，然后写入到"/dev/mtp_usb"文件节点上。"/dev/mtp_usb"是MTP驱动对应的节点，在Linux中，一切都是文件；用户通过操作"/dev/mtp_usb"节点，就能读取出"PC发过来的消息"。

(03) Android设备给PC发送消息时，会向将信息写入到"/dev/mtp_usb"文件中。MTP驱动从"/dev/mtp_usb"中读取数据之后，再通过USB传给送PC。

一. MTP驱动注册

MTP驱动文件是drivers/usb/gadget/f_mtp.c。它通过下面的代码会映射到文件节点"/dev/mtp_usb"中。

 1 static const char mtp_shortname[] = "mtp_usb";
 2 
 3 static const struct file_operations mtp_fops = {
 4     .owner = THIS_MODULE,
 5     .read = mtp_read,
 6     .write = mtp_write,
 7     .unlocked_ioctl = mtp_ioctl,
 8     .open = mtp_open,
 9     .release = mtp_release,
10 }; 
11 
12 static struct miscdevice mtp_device = {
13     .minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,
14     .name = mtp_shortname,
15     .fops = &mtp_fops,
16 };  
17 
18 static int mtp_setup(void)
19 {
20     ...
21 
22     ret = misc_register(&mtp_device);
23 
24     ...
25 }

说明：

(01) misc_register(&mtp_device)会将MTP注册到虚拟文件系统"/dev"中，而对应的注册的文件节点的名称是"mtp_usb"，即完成的节点是"/dev/mtp_usb"。

(02) 用户空间操作节点"/dev/mtp_usb"就是调用MTP驱动中file_operations中的相关函数。

例如，用户空间通过read()去读取"/dev/mtp_usb"，实际上调用内核空间的是mtp_read()；用户空间通过write()去写"/dev/mtp_usb"，实际上调用内核空间的是mtp_write()。

二. mtp_read()

该函数在f_mtp.c中实现，源码如下：

 1 static ssize_t mtp_read(struct file *fp, char __user *buf,
 2     size_t count, loff_t *pos)
 3 {
 4     // 从“USB”消息队列中中读取PC发给Android设备的请求，请求消息保存在req中。
 5     ret = usb_ep_queue(dev->ep_out, req, GFP_KERNEL);
 6     ...
 7 
 8     // 等待cpu将工作队列(read_wq)上已有的消息处理完毕
 9     ret = wait_event_interruptible(dev->read_wq, dev->rx_done);
10     ...
11 
12     // 将“PC的请求数据(req->)”从“内核空间”拷贝到“用户空间”
13     if (copy_to_user(buf, req->buf, xfer))
14         r = -EFAULT;
15 
16     ...
17 }

说明：mtp_read()会通过USB读取"PC发给Android设备的请求"，获取到请求后，会通过copy_to_user()会将数据从"内核空间"拷贝到"用户空间"，这样用户就能在用户空间读取到该数据。

三. mtp_write()

 1 static ssize_t mtp_write(struct file *fp, const char __user *buf,
 2     size_t count, loff_t *pos)
 3 {
 4 
 5     while (count > 0 || sendZLP) {
 6 
 7         // 将“用户空间”传来的消息(buf)拷贝到“内核空间”的req->buf中。
 8         if (xfer && copy_from_user(req->buf, buf, xfer)) 
 9         ...
10 
11         // 将打包好的消息req放到USB消息队列中。
12         ret = usb_ep_queue(dev->ep_in, req, GFP_KERNEL);
13         ...
14     }
15 
16     ...
17 }

说明：mtp_write()会将"用户空间"发来的消息拷贝到"内核空间"，并将该消息打包；然后，将打包好的消息添加到USB消息队列中。USB驱动负责将消息队列中的消息传递给PC。

10 mServer.start()

MtpServer实际上是一个Runnable线程接口。在"MtpReceiver的handleUsbState()"中，初始化MtpServer之后，会启动MtpServer。

MtpServer中的run()方法如下：

@Override
public void run() {
    native_run();
    native_cleanup();
}

从中，我们发现run()实际上是调用的本地方法native_run()。

10.1 native_run()

根据前面的gMethods表格，我们知道native_run()对应JNI层的android_mtp_MtpServer_run()方法，它的源码如下：

 1 static void android_mtp_MtpServer_run(JNIEnv *env, jobject thiz)
 2 {
 3     // 返回MtpServer对象
 4     MtpServer* server = getMtpServer(env, thiz);
 5     // 如果server不为NULL，则调用它的run()方法。
 6     if (server)
 7         server->run();
 8     else
 9         ALOGE("server is null in run");
10 }

说明：

(01) getMtpServer()返回的是MtpServer对象。这个前面已经介绍过！

(02) 调用MtpServer对象的run()方法。

10.2 run()

 1 void MtpServer::run() {
 2     // 将mFD赋值给fd，fd就是“/dev/mtp_usb”的句柄
 3     int fd = mFD;
 4 
 5     while (1) {
 6         // 读取“/dev/mtp_usb”
 7         int ret = mRequest.read(fd);
 8 
 9         ...
10         // 获取“MTP操作码”
11         MtpOperationCode operation = mRequest.getOperationCode();
12         MtpTransactionID transaction = mRequest.getTransactionID();
13 
14         ...
15 
16         // 在handleRequest()中，根据读取的指令作出相应的处理
17         if (handleRequest()) {
18             ...
19         }
20     }
21 
22     ...
23 }

说明：

run()会不断的从"/dev/mtp_usb"中读取数据。如果是有效的指令，则在handleRequest()作出相应的处理。

(01) mRequest是MtpRequestPacket对象，MtpRequestPacket是解析"PC请求指令"的类。

(02) handleRequest()是具体处理"MTP各个指令的类"。例如，PC获取Android设备的设备信息指令，是在handleRequest()中处理的。

10.3 while(1){...}

在run()中，会通过while(1)循环不断的"执行read()，从"/dev/mtp_usb中读取数据"；然后调用handleRequest()对数据进行处理"。

read()函数最终会调用到Kernel的mtp_read()，mtp_read()已经在前面介绍过了。

handleRequest()则是对读取出来的消息进行处理，它的源码如下：

 1 bool MtpServer::handleRequest() {
 2     Mutex::Autolock autoLock(mMutex);
 3 
 4     MtpOperationCode operation = mRequest.getOperationCode();
 5     MtpResponseCode response;
 6 
 7     mResponse.reset();
 8 
 9     if (mSendObjectHandle != kInvalidObjectHandle && operation != MTP_OPERATION_SEND_OBJECT) {
10         mSendObjectHandle = kInvalidObjectHandle;
11     }
12 
13     switch (operation) {
14         case MTP_OPERATION_GET_DEVICE_INFO:
15             response = doGetDeviceInfo();
16             break;
17         case MTP_OPERATION_OPEN_SESSION:
18             response = doOpenSession();
19             break;
20         case MTP_OPERATION_CLOSE_SESSION:
21             response = doCloseSession();
22             break;
23         ...
24         case MTP_OPERATION_GET_OBJECT:
25             response = doGetObject();
26             break;
27         case MTP_OPERATION_SEND_OBJECT:
28             response = doSendObject();
29             break;
30         ...
31     }
32 
33     if (response == MTP_RESPONSE_TRANSACTION_CANCELLED)
34         return false;
35     mResponse.setResponseCode(response);
36     return true;
37 }

总结：在"PC和Android设备"连接后，MtpReceiver会收到广播。接着MtpReceiver会启动MtpService，MtpService会启动MtpServer(Java层)。MtpServer(Java)层会调用底层的JNI函数。在JNI中，会打开MTP文件节点"/dev/mtp_usb"，然后MtpServer(JNI层)会不断的从中读取消息并进行处理。

第4部分 MTP协议之I->R流程

下面以"PC中打开一个MTP上的文件(读取文件内容)"来对"MTP协议中Initiator到Reponser的流程"进行说明。PC读取文件内容的时序图如图4-01所示：

图4-01

1 read()

根据MTP启动流程中分析可知： MTP启动后，MtpServer.cpp中的MtpServer::run()会通过read()不断地从"/dev/mtp_usb"中读取出"PC发来的消息"。

2 handleRequest()

read()在读取到PC来的消息之后，会交给MtpServer::handleRequest()进行处理。"PC读取文件内容"的消息的ID是MTP_OPERATION_GET_OBJECT；因此，它会通过doGetObject()进行处理。

3. doGetObject()

MtpServer.cpp中doGetObject()的源码如下：

 1 MtpResponseCode MtpServer::doGetObject() {
 2     ...
 3     
 4     // 根据handle获取文件的路径(pathBuf)、大小(fileLength)和“格式”。
 5     int result = mDatabase->getObjectFilePath(handle, pathBuf, fileLength, format);
 6     if (result != MTP_RESPONSE_OK)
 7         return result;
 8 
 9     // 将文件路径转换为const char*类型。
10     const char* filePath = (const char *)pathBuf;
11     // 将文件的信息传递给mfr，mfr是kernel的一个结构体；最终将mfr传递给kernel。
12     mtp_file_range  mfr;
13     mfr.fd = open(filePath, O_RDONLY);                 // 设置“文件句柄”。
14     if (mfr.fd < 0) {
15         return MTP_RESPONSE_GENERAL_ERROR;
16     }
17     mfr.offset = 0;                                    // 设置“文件偏移”
18     mfr.length = fileLength;
19     mfr.command = mRequest.getOperationCode();         // 设置“command”
20     mfr.transaction_id = mRequest.getTransactionID();  // 设置“transaction ID”
21 
22     // 通过ioctl将文件传给kernel。
23     int ret = ioctl(mFD, MTP_SEND_FILE_WITH_HEADER, (unsigned long)&mfr);
24     // 关闭文件
25     close(mfr.fd);
26 
27     ...
28 }

说明：

doGetDeviceInfo的流程就是，先通过JNI回调Java中的函数，(根据文件句柄)从MediaProvider数据库中获取文件的路径、大小和格式等信息。接着，将这些信息封装到kernel的"mtp_file_range结构体"中。最后，通过ioctl将"mtp_file_range结构体"传递给kernel。这样，kernel就收到文件的相关信息了，kernel负责将文件信息通过USB协议传递给PC。

4 getObjectFilePath()

doGetObject()会调用的getObjectFilePath()。该函数在android_mtp_MtpDatabase.cpp中实现。

 1 MtpResponseCode MyMtpDatabase::getObjectFilePath(MtpObjectHandle handle,
 2                                             MtpString& outFilePath,
 3                                             int64_t& outFileLength,
 4                                             MtpObjectFormat& outFormat) {
 5     ...
 6 
 7     // 调用MtpDatabase.java中的getObjectFilePath()。
 8     // 作用是根据文件句柄，获取“文件路径”、“文件大小”、“文件格式”
 9     jint result = env->CallIntMethod(mDatabase, method_getObjectFilePath,
10                 (jint)handle, mStringBuffer, mLongBuffer);
11 
12     // 设置“文件路径”
13     jchar* str = env->GetCharArrayElements(mStringBuffer, 0);
14     outFilePath.setTo(str, strlen16(str));
15     env->ReleaseCharArrayElements(mStringBuffer, str, 0);
16 
17     // 设置“文件大小”和“文件格式”
18     jlong* longValues = env->GetLongArrayElements(mLongBuffer, 0);
19     outFileLength = longValues[0];
20     outFormat = longValues[1];
21     env->ReleaseLongArrayElements(mLongBuffer, longValues, 0);
22 
23 
24     ...
25 }

说明：

MyMtpDatabase::getObjectFilePath()实际上通过MtpDatabase.java中的getObjectFilePath()来获取文件的相关信息的。

5 getObjectFilePath()

MtpDatabase.java中getObjectFilePath()的源码如下：

 1 private int getObjectFilePath(int handle, char[] outFilePath, long[] outFileLengthFormat) {
 2     ...
 3 
 4     // 在MediaProvider中查找文件对应的路径。
 5     // mObjectsUri是根据文件handle获取到的URI。
 6     c = mMediaProvider.query(mPackageName, mObjectsUri, PATH_FORMAT_PROJECTION,
 7                     ID_WHERE, new String[] {  Integer.toString(handle) }, null, null);
 8     if (c != null && c.moveToNext()) {
 9         // 获取“文件路径”
10         String path = c.getString(1);
11         path.getChars(0, path.length(), outFilePath, 0);
12         outFilePath[path.length()] = 0;
13         // 获取“文件大小”
14         outFileLengthFormat[0] = new File(path).length();
15         // 获取“文件格式”
16         outFileLengthFormat[1] = c.getLong(2);
17         return MtpConstants.RESPONSE_OK;
18     } else {
19         return MtpConstants.RESPONSE_INVALID_OBJECT_HANDLE;
20     }
21 
22     ...
23 }

说明：getObjectFilePath()会从MediaProvider的数据库中查找相应的文件，从而获取文件信息。然后，将文件的信息回传给JNI。

6 ioctl

MtpServer.cpp中doGetObject()中获取到文件信息之后，会通过ioctl将MTP_SEND_FILE_WITH_HEADER消息传递给Kernel。

根据前面介绍的Kernel内容克制，ioctl在file_operations中注册，ioctl实际上会执行mtp_ioctl()函数。它的源码如下：

 1 static long mtp_ioctl(struct file *fp, unsigned code, unsigned long value)
 2 {
 3     ...
 4 
 5     switch (code) {
 6     case MTP_SEND_FILE:
 7     case MTP_RECEIVE_FILE:
 8     case MTP_SEND_FILE_WITH_HEADER:
 9     {
10         struct mtp_file_range    mfr;
11         struct work_struct *work;
12 
13         // 将“用户空间”传来的值(value)拷贝到“内核空间”的mfr中。
14         if (copy_from_user(&mfr, (void __user *)value, sizeof(mfr))) {
15             ret = -EFAULT;
16             goto fail;
17         }
18         // 获取文件句柄
19         filp = fget(mfr.fd);
20         if (!filp) {
21             ret = -EBADF;
22             goto fail;
23         }
24 
25         // 将“文件相关的信息”赋值给dev。
26         dev->xfer_file = filp;
27         dev->xfer_file_offset = mfr.offset;
28         dev->xfer_file_length = mfr.length;
29         smp_wmb();
30 
31         if (code == MTP_SEND_FILE_WITH_HEADER) {
32             // 设置work的值
33             work = &dev->send_file_work;
34             dev->xfer_send_header = 1;
35             dev->xfer_command = mfr.command;
36             dev->xfer_transaction_id = mfr.transaction_id;
37         } 
38         ...
39 
40         // 将work添加到工作队列(dev->wq)中。
41         queue_work(dev->wq, work);
42         // 对工作队列执行flush操作。
43         flush_workqueue(dev->wq);
44 
45         break;
46     }
47 
48     ...
49 }

说明：mtp_ioctl()在收到MTP_SEND_FILE_WITH_HEADER消息之后，会获取文件相关信息。然后将"work"添加到工作队列dev->wq中进行调度。work对应的函数指针是send_file_work()函数；这就意味着，工作队列会制定send_file_work()函数。

send_file_work()的源码如下：

 1 static void send_file_work(struct work_struct *data)
 2 {
 3     // 获取dev结构体
 4     struct mtp_dev *dev = container_of(data, struct mtp_dev,
 5                         send_file_work);
 6     ...
 7 
 8     // 读取文件消息
 9     smp_rmb();
10     filp = dev->xfer_file;
11     offset = dev->xfer_file_offset;
12     count = dev->xfer_file_length;
13 
14 
15     while (count > 0 || sendZLP) {
16 
17         ...
18 
19         // 从文件中读取数据到内存中。
20         ret = vfs_read(filp, req->buf + hdr_size, xfer - hdr_size,
21                                 &offset);
22 
23         ...
24 
25         // 将req添加到usb终端的队列中
26         ret = usb_ep_queue(dev->ep_in, req, GFP_KERNEL);
27 
28         ...
29     }
30 
31     ...
32 }

说明：send_file_work()的作用就是不断地将文件中的数据读取到内存中，并封装到USB请求结构体req中。然后，再将数据req传递到USB工作队列，USB赋值将文件内容传递给PC。

至此，PC读取文件内容的流程分析完毕！

第5部分 MTP协议之R->I流程

下面以"Android设备中将一个文件拷贝到其他目录"来对"MTP协议中Reponser到Initiator的流程"进行说明。对应的时序图如图5-01所示：

图5-01

1 MediaProvider.java中sendObjectAdded()

在Android设备上将一个文件拷贝到其他目录。文件浏览器中会发出一个Intent事件，通知MediaProvider更新数据库。MediaProvider更新了数据库之后，会通知MTP进行同步处理。MediaProvider通知MTP的源码如下：

 1 private void sendObjectAdded(long objectHandle) {
 2     synchronized (mMtpServiceConnection) {
 3         if (mMtpService != null) {
 4             try {
 5                 mMtpService.sendObjectAdded((int)objectHandle);
 6             } catch (RemoteException e) {
 7                 Log.e(TAG, "RemoteException in sendObjectAdded", e);
 8                 mMtpService = null;
 9             }
10         }
11     }
12 }

说明：该函数会通知MtpService，Android设备中新建了个文件。

2 MtpService.java中sendObjectAdded()

MtpService.java中sendObjectAdded()的源码如下：

1 MtpService.java中sendObjectAdded()的源码如下：
2 public void sendObjectAdded(int objectHandle) {
3     synchronized (mBinder) {
4         if (mServer != null) {
5             mServer.sendObjectAdded(objectHandle);
6         }
7     }
8 }

说明：该函数会发送消息给mServer，而mServer是MtpServer对象。

3 MtpServer.java中的sendObjectAdded

1 public void sendObjectAdded(int handle) {
2     native_send_object_added(handle);
3 }

说明：该函数会调研JNI本地方法。

4 native_send_object_added()

native_send_object_added()在android_mtp_MtpServer.cpp中实现。根据前面介绍相关内容可知，native_send_object_added()和android_mtp_MtpServer_send_object_added()对应。后者的源码如下：

 1 static void android_mtp_MtpServer_send_object_added(JNIEnv *env, jobject thiz, jint handle)
 2 {
 3     Mutex::Autolock autoLock(sMutex);
 4 
 5     // 获取MtpServer，然后调用MtpServer的sendObjectAdded()方法。
 6     MtpServer* server = getMtpServer(env, thiz);
 7     if (server)
 8         server->sendObjectAdded(handle);
 9     else
10         ALOGE("server is null in send_object_added");
11 }

说明：该函数会将消息发送给MtpServer。

5 MtpServer.cpp中的sendObjectAdded

MtpServer.cpp中sendObjectAdded()的源码如下：

1 void MtpServer::sendObjectAdded(MtpObjectHandle handle) {
2     sendEvent(MTP_EVENT_OBJECT_ADDED, handle);
3 }

说明：sendEvent()的作用，我们前面已经介绍过了。它在此处的目的，就是通过ioctl将消息发送给Kernel。

6 Kernel中的ioctl

在Kernel中，ioctl消息会调用mtp_ioctl()进行处理。它的源码如下：

 1 static long mtp_ioctl(struct file *fp, unsigned code, unsigned long value)
 2 {
 3     ...
 4 
 5     case MTP_SEND_EVENT:
 6     {
 7         struct mtp_event    event;
 8         // 将“用户空间”传来的值(value)拷贝到“内核空间”的event中。
 9         if (copy_from_user(&event, (void __user *)value, sizeof(event)))
10             ret = -EFAULT;
11         else
12             ret = mtp_send_event(dev, &event);
13 
14         ...
15     }
16     
17     ...
18 }

说明：对于MTP_SEND_EVENT消息，mtp_ioctl会先将"用户空间"传递来的消息拷贝到"内核空间"；然后，调用mtp_send_event()进行处理。

7 Kernel中的mtp_send_event()

 1 static int mtp_send_event(struct mtp_dev *dev, struct mtp_event *event)
 2 {
 3     ...
 4 
 5     // 将“用户空间”传来的“消息的内容(event->data)”拷贝到“内核空间”中
 6     if (copy_from_user(req->buf, (void __user *)event->data, length)) 
 7     ...
 8 
 9     // 将req请求添加到USB队列中。
10     ret = usb_ep_queue(dev->ep_intr, req, GFP_KERNEL);
11 
12     ...
13 }

说明：mtp_send_event()会先将"用户空间"传递来的消息的具体内容拷贝到"内核空间"，并将该消息封装在一个USB请求对象req中；然后，将USB请求添加到USB队列中。USB驱动负责将该数据通过USB线发送给PC。

至此，Android设备中将一个文件拷贝到其他目录的流程分析完毕！

本文分类：Android文章
本文标签：android
浏览次数：98 次浏览
发布日期：2023-07-01 14:18:42
本文链接：https://itzywang.com/Androidwenzhang/187.html

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Android之 MTP框架和流程分析

概要

第1部分 MTP简介

第2部分 MTP框架

第3部分 MTP启动流程

1 USB_STATE广播

1.1 MtpReceiver监听广播的注册

1.2 MtpReceiver对广播的处理

1.3 MtpReceiver的handleUsbState()

2 startService()

2.1 创建MtpService

2.2 volumeMountedLocked()

2.3 onStartCommand()

2.4 manageServiceLocked()

2.5 addStorageDevicesLocked()

2.6 addStorageLocked()

3 insert("mtp_connected")

3.1 MediaProvider静态注册块

3.2 MediaProvider中的insert()

3.3 MediaProvider中的insertInternal()

4 bindService()

5 mDatabase=new MtpDatabase()

5.1 native_setup()

5.2 database=new MyMtpDatabase()

6 mServer=new MtpServer()

6.1 native_setup()

6.2 fd = open("/dev/mtp_usb")

6.3 getMtpDatabase()

6.4 new MtpServer(fd, ...)

7 storage = new MtpStorage()

8 mDatabase.addStorage(storage)

9 mServer.addStorage(storage)

9.1 android_mtp_MtpServer_add_storage()

9.2 server=getMtpServer()

9.3 storage=new MtpStorage()

9.4 server->addStorage(storage)

9.5 sendStoreAdded()

9.6 sendEvent()

9.7 mEvent.write()

一. MTP驱动注册

二. mtp_read()

三. mtp_write()

10 mServer.start()

10.1 native_run()

10.2 run()

10.3 while(1){...}

第4部分 MTP协议之I->R流程

1 read()

2 handleRequest()

3. doGetObject()

4 getObjectFilePath()

5 getObjectFilePath()

6 ioctl

第5部分 MTP协议之R->I流程

1 MediaProvider.java中sendObjectAdded()

2 MtpService.java中sendObjectAdded()

3 MtpServer.java中的sendObjectAdded

4 native_send_object_added()

5 MtpServer.cpp中的sendObjectAdded

6 Kernel中的ioctl

7 Kernel中的mtp_send_event()

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