[Lollipop][Wifi] SoftAp 시작. sequence flow 분석

code analysis to start SoftAP

1. TetherSettings

위치: packages/apps/Settings/src/com/android/settings/TetherSettings.java

사용자가 UI에서 Tethering을 켜서 SoftAp를 시작하는 과정이다.

startTethering()

private void startTethering() {  
    switch (mTetherChoice) {  
        case WIFI_TETHERING:  
            mWifiApEnabler.setSoftapEnabled(true);  (1)
            break;  
        case BLUETOOTH_TETHERING:  
            // turn on Bluetooth first  
            break;  
        case USB_TETHERING:  
            setUsbTethering(true);  
            break;  
        default:  
            //should not happen  
            break;  
    }  
}  

(1) Tethering으로 Wi-Fi를 선택하면 WifiApEnabler.java의 setSoftapEnabled를 호출한다.

setSoftapEnabled()

위치: packages/apps/Settings/src/com/android/settings/wifi/WifiApEnabler.java

    public void setSoftapEnabled(boolean enable) {
    ...
        if (mWifiManager.setWifiApEnabled(null, enable)) { (1)
            /* Disable here, enabled on receiving success broadcast */
            mSwitch.setEnabled(false);
        } else {
            mSwitch.setSummary(R.string.wifi_error);
        }
    ...
    }

(1) WifiManager -> WifiService를 통해 CMD_LOAD_DRIVER과 CMD_START_AP 명령이 WifiStateMachine으로 전달된다.

CMD_START_AP의 전달과정을 분석해 보자.

2. WifiStateMachine

위치: frameworks/opt/net/wifi/service/java/com/android/server/wifi/WifiStateMachine.java

InitialState

UI 설정에 따라 SoftAp를 시작을 처리하는 상태 클래스이다.

CMD_START_AP 메시지를 processMessage()함수에서 아래처럼 처리한다.

public boolean processMessage(Message message) {
    switch(message.what) { 		
		case CMD_START_AP:
            if (mWifiNative.loadDriver()) { (1)
                setWifiApState(WIFI_AP_STATE_ENABLING); (2)
                transitionTo(mSoftApStartingState); (3)            
            }

(1) mWifiNative.loadDriver()는 JNI를 통해 /hardware/libhardware_legacy/wifi/wifi.c 파일의 wifi_load_driver() 함수를 호출한다.

CMD_START_SUPPLICANT 메시지는 STA용 드라이버를 호출하지만 CMD_START_AP 메시지는 SoftAp 기능을 수행할 Wifi kernel driver를 호출한다.

(2) 정상적으로 드라이버가 호출되면 AP 상태를 WIFI_AP_STATE_ENABLING, 즉 활성화 중인 상태로 변경한다.

(3) SoftApStartingState 상태로 천이한다.

SoftApStartingState

상태 천이 후 enter()에서 아래처럼 CMD_START_AP 메시지를 처리한다.

    class SoftApStartingState extends State {
        public void enter() {                                                                              
            if (message.what == CMD_START_AP) {                                                                                                                                   
                final WifiConfiguration config = (WifiConfiguration) message.obj; (1)                                                                        
                if (config == null) {                                                                      
                    mWifiApConfigChannel.sendMessage(CMD_REQUEST_AP_CONFIG); (2)                           
                } else {
                    mWifiApConfigChannel.sendMessage(CMD_SET_AP_CONFIG, config);                           
                    startSoftApWithConfig(config);  (3)
                }                                                                       
            } else {                                                                       
                throw new RuntimeException("Illegal transition to SoftApStartingState: " + message);
            }
        }

(1) 보안을 포함한 Wi-Fi 네트웍의 구성 정보를 WifiConfiguration 클래스 객체인 config에 지정한다.

(2) config가 null이면 CMD_REQUEST_AP_CONFIG 메시지를 보내 AP 구성 정보를 요청한다.

(3) startSoftApWithConfig()를 호출하여 AP를 구동한다.

startSoftApWithConfig

SoftAp 기능은 external/wpa_supplicant_8 아래의 hostapd이 수행하는데 아래에서 독립된 스레드로 시작한다.

    private void startSoftApWithConfig(final WifiConfiguration config) {
        // Start hostapd on a separate thread
        new Thread(new Runnable() { (1)
            public void run() {
                try {
                    mNwService.startAccessPoint(config, mInterfaceName); (2)
                } catch (Exception e) { 
                    loge("Exception in softap start " + e);
                    try {
                        mNwService.stopAccessPoint(mInterfaceName);
                        mNwService.startAccessPoint(config, mInterfaceName);
                    } catch (Exception e1) {
                        loge("Exception in softap re-start " + e1); 
                        sendMessage(CMD_START_AP_FAILURE);
                        return;
                    }    
                }    
                if (DBG) log("Soft AP start successful");
                sendMessage(CMD_START_AP_SUCCESS);
            }    
        }).start();
    } 

(1) 스레드로 생성하여 시작한다.

(2) INetworkManagementService.aidl을 통해서 startAccessPoint()함수를 호출하여 AP를 시작한다.

3. INetworkManagementService

위치: frameworks/base/core/java/android/os/INetworkManagementService.aidl

AIDL로 NetworkManagementService.java에 연결된다.

4. NetworkManagementService

위치: frameworks/base/services/core/java/com/android/server/NetworkManagementService.java

startAccessPoint()

    @Override     
    public void startAccessPoint(   
            WifiConfiguration wifiConfig, String wlanIface) {
        mContext.enforceCallingOrSelfPermission(CONNECTIVITY_INTERNAL, TAG);
        try {     
            wifiFirmwareReload(wlanIface, "AP");
            if (wifiConfig == null) {       
                mConnector.execute("softap", "set", wlanIface);  (1)
            } else {
                mConnector.execute("softap", "set", wlanIface, wifiConfig.SSID,
                                   "broadcast", "6", getSecurityType(wifiConfig),
                                   new SensitiveArg(wifiConfig.preSharedKey));
            }     
            mConnector.execute("softap", "startap"); (2)
        } catch (NativeDaemonConnectorException e) {
            throw e.rethrowAsParcelableException();
        }         
    }

(1) netd을 통해 "softap set wlan0" 명령을 실행하도록 한다.

(2) netd을 통해 "softap startap" 명령을 실행하여 SoftAp가 구동하도록 한다. execute 함수는 명령을 netd의 CommandListener에 전달한다.

5. CommandListener

위치: system/netd/server/CommandListener.cpp

frameworks의 NetworkDamonConnector에 execute로 받은 softa의 commandline 명령을 처리한다.

CommandListener::SoftapCmd::runCommand()

int CommandListener::SoftapCmd::runCommand(SocketClient *cli,
                                        int argc, char **argv) {
...        
    if (!strcmp(argv[1], "startap")) {    (1)
        rc = sSoftapCtrl->startSoftap();
    } else if (!strcmp(argv[1], "stopap")) {
        rc = sSoftapCtrl->stopSoftap(); 
    } else if (!strcmp(argv[1], "fwreload")) {
        rc = sSoftapCtrl->fwReloadSoftap(argc, argv);
    } else if (!strcmp(argv[1], "status")) {
        asprintf(&retbuf, "Softap service %s running",
                 (sSoftapCtrl->isSoftapStarted() ? "is" : "is not"));
        cli->sendMsg(rc, retbuf, false);
        free(retbuf);
        return 0;
    } else if (!strcmp(argv[1], "set")) {
        rc = sSoftapCtrl->setSoftap(argc, argv);
    } else {
        cli->sendMsg(ResponseCode::CommandSyntaxError, "Unrecognized SoftAP command", false);
        return 0;
    }

    if (rc >= 400 && rc < 600)
      cli->sendMsg(rc, "SoftAP command has failed", false);
    else
      cli->sendMsg(rc, "Ok", false);

    return 0;
}

(1) commandline으로 받은 "softap xxx" 명령을 처리할 SoftapController의 메소드를 호출한다.

6. SoftapController

위치: system/netd/server/SoftapController.cpp

SoftAp의 설정과 시작하는 함수를 분석해 보자.

SoftapController::setSoftap()

/* * Arguments: (1)                                                                                           
*  argv[2] - wlan interface 
*  argv[3] - SSID                                                                                          
*  argv[4] - Broadcast/Hidden                                                                              
*  argv[5] - Channel                                                                                       
*  argv[6] - Security                                                                                      
*  argv[7] - Key                                                                                           
*/
int SoftapController::setSoftap(int argc, char *argv[]) {
   ...
   asprintf(&wbuf, "interface=%s\ndriver=nl80211\nctrl_interface="              (2)                                   "/data/misc/wifi/hostapd\nssid=%s\nchannel=%d\nieee80211n=1\n"                                             "hw_mode=g\nignore_broadcast_ssid=%d\nwowlan_triggers=any\n", argv[2], argv[3], channel, hidden);                                                            
  
   if (argc > 7) {                                                                                                     if (!strcmp(argv[6], "wpa-psk")) {                                                                                  generatePsk(argv[3], argv[7], psk_str);                                                                    
           asprintf(&fbuf, "%swpa=3\nwpa_pairwise=TKIP CCMP\nwpa_psk=%s\n", wbuf, psk_str);  (3)
        } else if (!strcmp(argv[6], "wpa2-psk")) {                                                                         generatePsk(argv[3], argv[7], psk_str);                                                                         asprintf(&fbuf, "%swpa=2\nrsn_pairwise=CCMP\nwpa_psk=%s\n", wbuf, psk_str);                                  } else if (!strcmp(argv[6], "open")) {                                                                             asprintf(&fbuf, "%s", wbuf);
        }                                                                         
    }
    ...
    fd = open(HOSTAPD_CONF_FILE, O_CREAT | O_TRUNC | O_WRONLY | O_NOFOLLOW, 0660);
    if (fd < 0) {
        ALOGE("Cannot update \"%s\": %s", HOSTAPD_CONF_FILE, strerror(errno));
        free(wbuf);
        free(fbuf);
        return ResponseCode::OperationFailed;
    }
    if (write(fd, fbuf, strlen(fbuf)) < 0) {   (4)
        ALOGE("Cannot write to \"%s\": %s", HOSTAPD_CONF_FILE, strerror(errno));
        ret = ResponseCode::OperationFailed;
    }
}	

(1) command line으로 전달되는 명령의 인자들의 정의이다.

(2) 인자들을 wbuf에 지정된 형식으로 쓴다. 이 내용이 커널의 드라이버로 전달된다.

(3) 보안 관련 정보(wpa, psk key 등)를 추가한다.

(4) HOSTAPD_CONF_FILE 파일에 SoftAp 정보를 저장한 fbuf의 내용을 기록한다.

SoftapController::startSoftap()

이제 SoftAp를 시작하는 단계이다. 

static const char HOSTAPD_CONF_FILE[]    = "/data/misc/wifi/hostapd.conf";
static const char HOSTAPD_BIN_FILE[]    = "/system/bin/hostapd";
...
int SoftapController::startSoftap() {
    pid_t pid = 1;

    if (mPid) {
        ALOGE("SoftAP is already running");
        return ResponseCode::SoftapStatusResult;
    }

    if ((pid = fork()) < 0) {   (1)
        ALOGE("fork failed (%s)", strerror(errno));
        return ResponseCode::ServiceStartFailed;
    }

    if (!pid) {
        ensure_entropy_file_exists();
        if (execl(HOSTAPD_BIN_FILE, HOSTAPD_BIN_FILE,   (2)
                  "-e", WIFI_ENTROPY_FILE,
                  HOSTAPD_CONF_FILE, (char *) NULL)) {
            ALOGE("execl failed (%s)", strerror(errno));
        }
        ALOGE("SoftAP failed to start");
        return ResponseCode::ServiceStartFailed;
    } else {
        mPid = pid;
        ALOGD("SoftAP started successfully");
        usleep(AP_BSS_START_DELAY);
    }
    return ResponseCode::SoftapStatusResult;
}

(1) SoftAp를 시작할 프로세스를 생성한다.

(2) 실패할 경우 /system/bin/hostapd 데몬을 실행하게 된다.