LocationManagerService

定位系統概觀

Android 的定位框架是整個行動生態系的基石之一。從地圖導航、運動追蹤、相機地理標記，到智慧家居自動化與行銷推播，幾乎所有需要「地理位置」的功能，都依賴於 LocationManagerService (LMS) 這項系統服務。
Android 的定位系統架構可分為以下幾層：

+----------------------------------------------------+
|                    Applications                    |
|   (Google Maps, Fitness, Ride-hailing, etc.)       |
+----------------------------------------------------+
|          LocationManager & FusedLocationProvider   |
|                 (Java Framework API)               |
+----------------------------------------------------+
|             LocationManagerService (System)        |
|   - Provider 管理 (GPS / Network / Passive / Fused) |
|   - 權限控制、Request 排程、Callback 分派             |
+----------------------------------------------------+
|          Location Providers (Native 層模組)         |
|   - GpsLocationProvider / GnssLocationProvider     |
|   - NetworkLocationProvider / FusedProvider        |
+----------------------------------------------------+
|          HAL (Hardware Abstraction Layer)          |
|   - android.hardware.gnss@X.Y                      |
+----------------------------------------------------+
|                   Linux Kernel                     |
|   - GNSS Driver / Modem Interface / Power Control  |
+----------------------------------------------------+

主要組成元件與職責

LocationManager (App 層 API)

• 位於 Framework API 層，開發者透過它向系統請求定位資訊。
• 主要方法：
  • requestLocationUpdates()
  • getLastKnownLocation()
  • removeUpdates()
• 實際執行時，會透過 Binder IPC 呼叫到 LocationManagerService。

LocationManagerService (系統服務層)

• 是 Framework 與 Native 定位模組之間的核心中介。
• 職責：
  • 管理所有定位 Provider（GPS、Network、Passive、Fused）。
  • 維護使用者與應用的 Location Request 清單。
  • 控制權限、安全性與電源策略。
  • 分派更新結果給各個客戶端。

Location Provider 模組

• 負責實際獲取位置資訊。
• 常見 Provider：
  • GPS Provider (GnssLocationProvider)：透過衛星訊號提供精確定位。
  • Network Provider：根據基地台與 Wi-Fi 資訊估算位置。
  • Passive Provider：監聽其他 Provider 的輸出。
  • Fused Provider：Google Play Services 提供的整合版本，會結合感測器、網路與 GPS。

GNSS HAL

• 提供 Framework 與 GPS 晶片之間的介面。
• 例如：
  • hardware/interfaces/gnss/1.1/
• 提供一系列如：
  • IGnssCallback
  • IGnssMeasurement
  • IGnssConfiguration
    等接口，透過 HIDL/AIDL 溝通。

定位流程

以下是 Android 定位的一般流程圖：

+--------------------------------+
|     App (LocationManager)      |
| requestLocationUpdates()       |
+--------------|-----------------+
               |
        Binder IPC
               v
+--------------------------+
|   LocationManagerService |
|  - 驗證權限               |
|  - 選擇 Provider         |
|  - 維護 Request 列表      |
+--------------|-----------+
               |
     Binder / JNI 呼叫
               v
+-------------------------+
|  GnssLocationProvider   |
|  (或 NetworkProvider)   |
+--------------|----------+
               |
     HAL interface (AIDL/HIDL)
               v
+-------------------------+
|   GNSS HAL / Driver     |
|   (與衛星晶片互動)        |
+--------------|----------+
               |
               v
+-------------------------+
|     Hardware Layer      |
|    GPS Receiver Module  |
+-------------------------+

當系統取得新位置時，會反向將結果回傳至：

• LocationManagerService → 呼叫對應的回調（ILocationListener）
• 應用層接收到更新的 Location 物件。

LocationManagerService 核心模組剖析

LMS 位於：
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/location/LocationManagerService.java

(1) 啟動階段
由 SystemServer 啟動：
mSystemServiceManager.startService(LocationManagerService.class);
在初始化時會：

• 建立各 Provider 物件。
• 註冊 LocationProviderManager。
• 建立 LocationRequestHelper。
• 掃描已啟用的 Provider 清單。

(2) Request 與更新管理
App 透過 Binder 請求定位時，LMS 會：

• 驗證權限 (ACCESS_FINE_LOCATION / ACCESS_COARSE_LOCATION)。
• 檢查 App 是否啟用位置功能。
• 建立一個 Request 實體（包含頻率、優先權、最小距離等）。
• 分派給對應 Provider。
  Provider 偵測到位置更新時：
• 透過 callback 回傳結果 (onLocationChanged())，
• LMS 收到後再將資料廣播或 callback 到應用層。

(3) 多 Provider 策略
Android 支援同時啟用多種 Provider。LMS 的策略為：

• Fused Provider 優先（若使用 Google Play Services）。
• 若僅限開源 AOSP，則以 GPS + Network 組合策略為主。
• 若有 Passive Provider，則可同步監聽他人結果以節省電力。

權限與安全性

定位資訊涉及隱私，因此系統在多層防護：

• 權限檢查
  • 精準定位：ACCESS_FINE_LOCATION
  • 粗略定位：ACCESS_COARSE_LOCATION
  • 背景定位：ACCESS_BACKGROUND_LOCATION
• 使用者授權控制
  • Android 10 起引入「只允許使用中」與「一次性授權」。
  • AppOpsManager 負責實際運作時的權限驗證。
• 隱私強化
  • Android 12 引入模糊位置（Approximate location）。
  • LocationManagerService 會根據 App 等級與前後台狀態決定回傳精度。

GPS 與 Network Provider 比較

Android 系統通常會根據 LocationRequest 的優先等級自動選擇最適 Provider：

• PRIORITY_HIGH_ACCURACY → GPS
• PRIORITY_BALANCED_POWER_ACCURACY → Network / Fused
• PRIORITY_LOW_POWER → Passive

與 FusedLocationProvider 的關係

雖然 AOSP 提供基本的 LMS，但實際上多數裝置會採用 Google Play Services 的 FusedLocationProvider，其特點：

• 整合 GPS、Wi-Fi、Cell、Sensor。
• 根據情境智慧選擇 Provider。
• 自動做 energy trade-off（以節能為優先）。
  Framework 層面上，LMS 會轉發部分請求至 Fused Provider，使其替代傳統 GPS / Network Provider。

電源管理與省電策略

定位是耗電大戶，因此 LMS 會與 PowerManagerService 與 AlarmManagerService 協同控制：

• 若螢幕關閉且無活動請求，暫停定位。
• 若為「定時更新」型 Request，透過 AlarmManager 喚醒。
• 低電量模式下會降低定位頻率。
  Android 13 之後引入 Adaptive Location，根據行為、時間與應用優先權動態調整更新頻率。

測試與分析工具

過去 Android 提供 Battery Historian 分析定位耗電，但目前已不再維護。Google 官方建議改用：

• System Tracing (systrace)：追蹤位置更新與 Binder 流程。
• Macrobenchmark：量測應用定位 API 對電源影響。
• Battery Usage Analyzer：在 Settings → Battery → App usage 可觀察定位耗電占比。

summary

Android 的定位架構是「高階封裝、低階驅動」的典範，它整合了軟硬體協作、權限與能耗策略，並提供一致的 API 給開發者使用。
而在現代裝置中，Google 的 FusedLocationProvider 進一步將多源感測資料融合，使定位更智慧、更節能。