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MTP in Android

MTP的全称是Media Transfer Protocol（媒体传输协议），它是微软公司提出的一套媒体文件传输协议。Android从3.0开始支持MTP。不过，在今天的智能手机领域内，Google和微软是一对冤家，为什么Android中会使用MTP呢？请看下文。

笔者相信《程序员》杂志的绝大多数读者或多或少都使用过MTP。因为早在智能手机普及前，数码相机和MP3播放器等都使用了MTP的前身PTP（Picture Transfer Protocol）进行媒体文件传输。那时，只要通过USB数据线把它们连接上Windows操作系统，就能在“我的电脑“中见到这些设备了。此后，用户可以把它们当做U盘一样使用，例如对其进行目录、文件的浏览和拷贝等操作。

既然可以通过MTP把智能设备当作U盘使用，那么它和我们常用的USB大容量存储（USB Mass Storage，简称UMS）有何不同呢？

• UMS模式下，PC操作存储设备的粒度是设备块（FAT block），而非文件系统。什么意思？此处举一个简单例子。当Android手机通过UMS将sdcard挂载到PC后，PC就拥有对sdcard的绝对控制权。这样，手机就无法同时访问sdcard了。这种做法带来的后果就是Camera或Music程序将因没有外部存储空间而提示无法进行操作（注意，有些厂商的手机对此进行过修改，使得Camera能短时间录制一部分视频到内部存储空间）。这也是Android早期版本中一个很明显的特点。另外，由于PC在操作sdcard时可能弄坏其文件系统，这将导致sdcard重新挂载到手机后不能被识别。
• 如果Android手机的sdcard以MTP模式挂载到PC机上，sdcard的控制权其实还是属于手机。只不过智能手机通过MTP协议向PC机构建了一个虚拟文件系统。PC机操作其中的文件时，都会通过标准MTP协议向智能手机发起请求。另外，Android把MTP功能集成在MediaProvider[1]中，其好处是PC机操作（例如拷贝或删除等）媒体文件时，媒体数据都会及时更新到媒体数据库中。而UMS模式下，当sdcard挂载回手机后，Android还得花较长时间重新扫描媒体文件以更新媒体数据库。
  

MTP的好处还有很多，例如它可判断PC机拷贝的媒体文件是否受目标手机支持，甚至可以触发对应的转码程序将其转换成手机支持的格式。不过和UMS相比，MTP也有不足之处：

• 传输大文件的速度较慢。
• MTP不能直接修改文件本身。只能先拷贝到本地修改，完毕后再拷贝回去。
• 除了Windows外，Linux和MacOS对MTP支持还不是很完善。
  

下面我们将介绍MTP协议。

根据协议，MTP的使用者包括两个部分，分别是Initiator和Responder。如图1-1所示：

图1-1 Initiator和Responder图示

由图1-1可知：

• Initiator：主要是指USB Host，例如PC机，笔记本等。协议规定所有MTP操作只能由Initator发起。
• Responder：一般是诸如数码相机、智能手机等存储媒体文件的设备。Responder在MTP中的作用就是处理Initator发起的请求。同时，它还会根据自身状态的变化发送Event以通知Initiator。
  

注意：后文我们将统一以PC代表Initiator，Android手机代表Responder。

与很多协议一样，MTP也有自己的协议栈，如图1-2所示：

图1-2 MTP协议栈

由图1-2可知，MTP协议栈由下到上分别是：

• Pyshical Layer（物理层）：物理层在MTP协议中用来传输数据。目前有三种物理层可供MTP使用。它们分别是USB：其主要特点是传输文件，同步媒体文件时速度快，而且可以边工作边充电，这是目前用的最多的一种方式；IP：基于IP的MTP（简称MTP/IP）将通过UPnP来匹配和发现设备。它是家庭网络中是最理想的传输方式；Bluetooth：MTP/BT是最省电，同时也是速度最慢的一种传输方式，用处较少。
• 传输层：MTP中，数据传输格式遵循PTP协议
• 命令层：实现了MTP协议中的各种命令。
  

如上文所述，MTP采用命令-应答方式来工作（Initator发送命令给Responder处理，Responser反馈处理结果），这种方式的主要特点有：

• 所有MTP命令均以Package（数据包）的方式在设备两端进行传递。
• Initiator必须接收到前一条消息的处理结果（不论是成功还是超时）后，才能发送下一条消息。
  

下面我们将以PC通过MTP打开一个文件为例，按顺序介绍其中涉及到几个主要MTP命令：

• 当设备第一次连接上PC后，Initiator（即PC）首先会发送一个名为GetDeviceInfo的请求以获取设备的信息，这些信息包括设备所支持PTP版本的程度，以百分号表示（默认是100）、所支持的MTP命令（Operation Supported）、所支持的Event类型等。
• 接着PC端会发送OpenSession命令以创建一个会话，该会话一直保持到设备从PC上断开为止。此后所有命令（除GetDeviceInfo命令外）必须在此会话存活期间才能发送。会话在MTP协议中由SessionID来标识，它是一个32位的无符号整型，由PC选择并传给手机。
• PC端如果要进行文件操作的话，必须从根目录开始定位目标文件。由于Windows的特殊性，手机内部存储卡在windows系统中显示为盘符。注意，如果手机内部有两块存储卡的话（如内部存储卡和外部sd卡），Windows中会显示为两个盘符。PC端需要通过GetStorageIDs命令返回某个盘符对应的StorageID。在MTP中，StorageID是一个32位无符号整型，每一个StorageID代表了一个逻辑盘符。
• PC端可以根据上一步的StorageID号，利用GetStorageInfo操作去获取存储设备的信息，例如剩余存储空间、文件系统类型、访问权限等。
• 接着，PC就会通过GetObjectHandles命令来获取此盘符下的文件和子目录的Object Handles（一个Object Handle代表一个文件或目录。该值由Responder生成并保证唯一性）。有了Object Handle，PC就可以操作这些文件或目录了，例如继续通过GetObjectHandles获取某个目录中子文件和子目录的信息。
• 假设现在需拷贝一个文件到手机上，那么PC会通过SendObjectInfo命令将文件信息（如文件名、文件大小）等传递给手机。而手机需要检查目标目录是否有足够的空间和对应权限。
• 如果一切正常，PC将通过SendObject把数据传递给手机。真正写文件到设备存储空间的则是手机中的Responder。Android实现的MTP还会在媒体文件传输完毕后，将信息更新到媒体数据库中。
• 除此之外，PC还可利用SetObjectPropValue 命令来设置文件的各种属性值，如Audio BitRate（比特率），Sample Rate（采样率），Number Of Channels（声道）等。
  

以上为读者描述了MTP使用的一个简单案例。至于其中的各种MTP命令，读者不妨阅读参考文献1，即《MTP Specification v1.0.pdf》。协议对各种命令都有非常精确的描述，例如表1-1，表1-2所示为GetDeviceInfo命令，返回值定义。其参数类型，传递方向都有详细解释（不得不说，和Linux比起来，微软的开发/技术文档做得相当到位）。

表1-1 GetDeviceInfo命令定义