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在Android系统中所有的应用程序进程以及系统服务进程SystemServer都是由Zygote进程孕育fork出来的这也许就是为什么要把它称为Zygote受精卵的原因吧。由于Zygote进程在Android系统中有着如此重要的地位本文将详细分析它的启动过程
总体时序
先概述一下总体运行流程当按电源键首先是加载系统引导程序BootLoader然后启动linux内核再启动init进程最后Zygote进程启动完成。理论上Android系统中的所有应用程序理论上都是由Zygote启动的。Zygote前期启动启动服务后期主要fork程序。 init启动流程
用户空间的第一个进程进程号为1在《深入理解安卓内核思想》的257页里面写的是0在这记录一下职责创建Zygote初始化属性服务init文件位于源码目录system/core/init中
init进程的启动三个阶段
启动电源以及系统的启动加载引导程序BootLoader。启动Linux内核启动init进程。启动Zygote进程初始化启动属性服务。
Zygote进程
所有App的父进程ZygoteInit.mainZygote进程是由init进程通过解析init.rc文件后fork生成的Zygote进程主要包括加载Zygoteinit类注册Zygote Socket服务端套接字加载虚拟机提前加载类PreloadClasses提前加载资源PreLoadResoucessystem_server进程是由Zygote fork而来System Server是Zygote孵化出的第一个进程System Server 负责启动和管理整个Java FrameWork包含ActivityManagerService WorkManagerServicePagerManagerServicePowerManagerService等服务
system_server进程
系统各大服务的载体 SystemServer.main system_server进程从源码角度来看可以分为引导服务核心服务和其他服务
引导服务(7个)ActivityManagerService、PowerManagerService、LightsService、DisplayManagerService、PackageManagerService、UserManagerService、SensorService核心服务(3个)BatteryService、UsageStatsService、WebViewUpdateService其他服务(70个)AlarmManagerService、VibratorService等。
ServiceManger进程
bInder服务的大管家
ServiceManager 是Binder IPC通信过程中的守护进程本身也是一个Binder但是并没有采用多线程模型来跟Binder通信而是自行编写了binder.c直接和Binder驱动来通信并且只有一个binder_loop来读取和处理事务这样做的好处是简单和高效 ServiceManager本身工作相对简单其工能查询和注册服务
流程图 ServiceManager 集中管理系统内的所有服务通能过权限控制进程是否有权注册服务通过字符串来查找是否有对应的Service由于ServiceManager进程注册了Service的死亡通知那么服务所在的进程死亡后只需告诉ServiceManager每个Client通过查询ServiceManager可以获取Service的情况
启动主要包括以下几个阶段
打开Binder驱动并调用mmap()方法分配128k的内存映射空间binder_open注册成为Binder服务的大管家binder_become_context_manager验证selinux权限判断进程是否有权注册查看指定服务进入无限循环处理Client发来的请求 binder_loop根据服务的名称注册服务重复注册会移除之前的注册信息死亡通知当所在进程死亡后调用binder_release方法然后调用binder_node_release这个过程发出死亡通知回调
App进程
通过Process.start启动的App进程ActivityThread.mainZygote 孵化出的第一个App进程是Launcher这是用户看到的桌面AppZygote 还会创建出BrowserPhoneEmail等App进程每个App至少运行在一个进程上所有的App进程都是由Zygote fork而成
3Zygote进程的启动 Zygote进程, 一个在Android系统中扮演重要角色的进程. 我们知道Android系统中的两个重要服务PackageManagerService和ActivityManagerService, 都是由SystemServer进程启动的, 而这个SystemServer进程本身是Zygote进程在启动的过程中fork出来的. 这样一来, 想必我们就知道Zygote进程在Android系统中的重要地位了. 从图中可得知Android系统中各个进程的先后顺序为 init进程 –- Zygote进程 – SystemServer进程 –应用进程 链接
在init启动Zygote时主要是调用app_main.cpp的main函数中的AppRuntime.start()方法来启动Zygote进程的接着到AndroidRuntime的start函数使用JNI调用ZygoteInit的main函数之所以这里要使用JNI是因为ZygoteInit是java代码。最终Zygote就从Native层进入了Java FrameWork层。在此之前并没有任何代码进入Java FrameWork层面因此可以认为Zygote开创了java FrameWork层。/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java UnsupportedAppUsagepublic static void main(String argv[]) {ZygoteServer zygoteServer null;// Mark zygote start. This ensures that thread creation will throw// an error.ZygoteHooks.startZygoteNoThreadCreation();// Zygote goes into its own process group.try {Os.setpgid(0, 0);} catch (ErrnoException ex) {throw new RuntimeException(Failed to setpgid(0,0), ex);}Runnable caller;try {// Report Zygote start time to tron unless it is a runtime restartif (!1.equals(SystemProperties.get(sys.boot_completed))) {MetricsLogger.histogram(null, boot_zygote_init,(int) SystemClock.elapsedRealtime());}String bootTimeTag Process.is64Bit() ? Zygote64Timing : Zygote32Timing;TimingsTraceLog bootTimingsTraceLog new TimingsTraceLog(bootTimeTag,Trace.TRACE_TAG_DALVIK);bootTimingsTraceLog.traceBegin(ZygoteInit);RuntimeInit.enableDdms();boolean startSystemServer false;String zygoteSocketName zygote;String abiList null;boolean enableLazyPreload false;for (int i 1; i argv.length; i) {if (start-system-server.equals(argv[i])) {startSystemServer true;} else if (--enable-lazy-preload.equals(argv[i])) {enableLazyPreload true;} else if (argv[i].startsWith(ABI_LIST_ARG)) {abiList argv[i].substring(ABI_LIST_ARG.length());} else if (argv[i].startsWith(SOCKET_NAME_ARG)) {zygoteSocketName argv[i].substring(SOCKET_NAME_ARG.length());} else {throw new RuntimeException(Unknown command line argument: argv[i]);}}final boolean isPrimaryZygote zygoteSocketName.equals(Zygote.PRIMARY_SOCKET_NAME);if (abiList null) {throw new RuntimeException(No ABI list supplied.);}// In some configurations, we avoid preloading resources and classes eagerly.// In such cases, we will preload things prior to our first fork.if (!enableLazyPreload) {bootTimingsTraceLog.traceBegin(ZygotePreload);EventLog.writeEvent(LOG_BOOT_PROGRESS_PRELOAD_START,SystemClock.uptimeMillis());preload(bootTimingsTraceLog);EventLog.writeEvent(LOG_BOOT_PROGRESS_PRELOAD_END,SystemClock.uptimeMillis());bootTimingsTraceLog.traceEnd(); // ZygotePreload} else {Zygote.resetNicePriority();}// Do an initial gc to clean up after startupbootTimingsTraceLog.traceBegin(PostZygoteInitGC);gcAndFinalize();bootTimingsTraceLog.traceEnd(); // PostZygoteInitGCbootTimingsTraceLog.traceEnd(); // ZygoteInit// Disable tracing so that forked processes do not inherit stale tracing tags from// Zygote.Trace.setTracingEnabled(false, 0);Zygote.initNativeState(isPrimaryZygote);ZygoteHooks.stopZygoteNoThreadCreation();zygoteServer new ZygoteServer(isPrimaryZygote);if (startSystemServer) {
// 使用了forkSystemServer()方法去创建SystemServer进程Runnable r forkSystemServer(abiList, zygoteSocketName, zygoteServer);
// {code r null} in the parent (zygote) process, and {code r ! null} in the
// child (system_server) process.if (r ! null) {r.run();return;
}
}
Log.i(TAG, Accepting command socket connections);
// The select loop returns early in the child process after a fork and
// 这里调用了ZygoteServer的runSelectLoop方法来等等ActivityManagerService来请求创建新的应用程序进程
// loops forever in the zygote.caller zygoteServer.runSelectLoop(abiList);}
catch (Throwable ex) {
Log.e(TAG, System zygote died with exception, ex);
throw ex;}
finally
{
if (zygoteServer ! null) {zygoteServer.closeServerSocket();
}
}
// Were in the child process and have exited the select loop. Proceed to execute the
// command.if (caller ! null) {caller.run();
}
}其中 在ZygoteInit的forkSystemServer()方法中启动了SystemServer进程forkSystemServer()方法核心代码
private static Runnable forkSystemServer(String abiList, String socketName,ZygoteServer zygoteServer)
{
// 一系统创建SystemServer进程所需参数的准备工作try {...
/* Request to fork the system server process
*/// 3.1pid Zygote.forkSystemServer(parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,parsedArgs.gids,parsedArgs.runtimeFlags,null,parsedArgs.permittedCapabilities,parsedArgs.effectiveCapabilities);
}
catch (IllegalArgumentException ex)
{throw new RuntimeException(ex);}
/* For child process
*/if (pid 0) {
if (hasSecondZygote(abiList)) {waitForSecondaryZygote(socketName);}
zygoteServer.closeServerSocket();
// 3.2return handleSystemServerProcess(parsedArgs);
}return null;
}可以看到forkSystemServer()方法中注释3.1调用了Zygote的forkSystemServer()方法去创建SystemServer进程其内部会执行nativeForkSystemServer这个Native方法它最终会使用fork函数在当前进程创建一个SystemServer进程。如果pid等于0即当前是处于新创建的子进程ServerServer进程中则在注释3.2处使用handleSystemServerProcess()方法处理SystemServer进程的一些处理工作。 从以上的分析可以得知Zygote进程启动中承担的主要职责如下 1、创建AppRuntime执行其start方法启动Zygote进程。。2、创建JVM并为JVM注册JNI方法。3、使用JNI调用ZygoteInit的main函数进入Zygote的Java FrameWork层。4、使用registerZygoteSocket方法创建服务器端Socket并通过runSelectLoop方法等等AMS的请求去创建新的应用进程。5、启动SystemServer进程。
调用了handleSystemServerprocess()方法来启动SystemServer进程。handleSystemServerProcess()方法如下所示
/*** Finish remaining work for the newly forked system server process.
*/
private static Runnable handleSystemServerProcess(ZygoteConnection.Arguments parsedArgs) {...
if (parsedArgs.invokeWith ! null) {...}
else {ClassLoader cl null;
if (systemServerClasspath ! null) {
// 1cl createPathClassLoader(systemServerClasspath, parsedArgs.targetSdkVersion);
Thread.currentThread().setContextClassLoader(cl);}
/** Pass the remaining arguments to SystemServer.
*/// 2return ZygoteInit.zygoteInit(parsedArgs.targetSdkVersion, parsedArgs.remainingArgs, cl);
}
}在注释1处使用了systemServerClassPath和targetSdkVersion创建了一个PathClassLoader。接着在注释2处执行了ZygoteInit的zygoteInit()方法该方法如下所示
public static final Runnable zygoteInit(int targetSdkVersion, String[] argv, ClassLoader classLoader)
{
if (RuntimeInit.DEBUG) {
Slog.d(RuntimeInit.TAG, RuntimeInit: Starting application from zygote);
}
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, ZygoteInit);
RuntimeInit.redirectLogStreams();
RuntimeInit.commonInit();
// 1ZygoteInit.nativeZygoteInit();
// 2return RuntimeInit.applicationInit(targetSdkVersion, argv, classLoader);
}zygoteInit()方法的注释2处这里调用了RuntimeInit 的 applicationInit() 方法代码如下所示
/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/RuntimeInit.java
protected static Runnable applicationInit(int targetSdkVersion, String[] argv,ClassLoader classLoader) {...
// Remaining arguments are passed to the start classs static mainreturn findStaticMain(args.startClass, args.startArgs, classLoader);
}在applicationInit()方法中最后调用了findStaticMain()方法
protected static Runnable findStaticMain(String className, String[] argv,ClassLoader classLoader) {
Class? cl;
try {
// 1cl Class.forName(className, true, classLoader);
}
catch (ClassNotFoundException ex) {
throw new RuntimeException(Missing class when invoking static main className,ex);
}
Method m;try {
// 2m cl.getMethod(main, new Class[] { String[].class });
}
catch (NoSuchMethodException ex) {
throw new RuntimeException(Missing static main on className, ex);}
catch (SecurityException ex) {throw new RuntimeException(Problem getting static main on className, ex);}
int modifiers m.getModifiers();
if (! (Modifier.isStatic(modifiers) Modifier.isPublic(modifiers))) {
throw new RuntimeException(Main method is not public and static on className);}
/** This throw gets caught in ZygoteInit.main(), which responds
* by invoking the exceptions run() method. This arrangement
* clears up all the stack frames that were required in setting
* up the process.
*/// 3return new MethodAndArgsCaller(m, argv);
}首先在注释1处通过发射得到了SystemServer类。接着在注释2处找到了SystemServer中的main()方法。最后在注释3处会将main()方法传入MethodAndArgsCaller()方法中这里的MethodAndArgsCaller()方法是一个Runnable实例它最终会一直返回出去直到在ZygoteInit的main()方法中被使用如下所示
if (startSystemServer) {
Runnable r forkSystemServer(abiList, socketName, zygoteServer);
// {code r null}
in the parent (zygote) process, and {
code r ! null}
in the
// child (system_server) process.
if (r ! null) {
r.run();
return;
}
}可以看到最终直接调用了这个Runnable实例的run()方法代码如下所示
/*** Helper class which holds a method and arguments and can call them. This is used as part of
* a trampoline to get rid of the initial process setup stack frames.
*/
static class MethodAndArgsCaller implements Runnable {
/** method to call
*/private final Method mMethod;
/** argument array
*/private final String[] mArgs;public MethodAndArgsCaller(Method method, String[] args) {
mMethod method;mArgs args;}
public void run() {try {
// 1mMethod.invoke(null, new Object[] {
mArgs });}
catch (IllegalAccessException ex) {throw new RuntimeException(ex);}
catch (InvocationTargetException ex) {
Throwable cause ex.getCause();
if (cause instanceof RuntimeException) {
throw (RuntimeException) cause;
}
else if (cause instanceof Error) {
throw (Error) cause;}
throw new RuntimeException(ex);
}
}
}在注释1处这个mMethod就是指的SystemServer的main()方法这里动态调用了SystemServer的main()方法最终SystemServer进程就进入了SystemServer的main()方法中了。这里还有个遗留问题为什么不直接在findStaticMain()方法中直接动态调用SystemServer的main()方法呢原因就是这种递归返回后再执行入口方法的方式会让SystemServer的main()方法看起来像是SystemServer的入口方法而且这样也会清除之前所有SystemServer相关设置过程中需要的堆栈帧。 --------走到 SystemService 进程 /frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
接下来我们看看SystemServer的main()方法
/**
* The main entry point from zygote.
*/
public static void main(String[] args)
{
new SystemServer().run();
}main()方法中调用了SystemServer的run()方法如下所示
private void run() {try {...
// 1Looper.prepareMainLooper();...
// Initialize native services.
// 2System.loadLibrary(android_servers);
// Check whether we failed to shut down last time we tried.
// This call may not return.performPendingShutdown();
// Initialize the system context.createSystemContext();
// Create the system service manager.
// 3mSystemServiceManager new SystemServiceManager(mSystemContext);
mSystemServiceManager.setStartInfo(mRuntimeRestart,mRuntimeStartElapsedTime, mRuntimeStartUptime);
LocalServices.addService(SystemServiceManager.class, mSystemServiceManager);
// Prepare the thread pool for init tasks that can be parallelizedSystemServerInitThreadPool.get();}
finally {traceEnd();
// InitBeforeStartServices}
// Start services.try {
traceBeginAndSlog(StartServices);
// 4startBootstrapServices();
// 5startCoreServices();
//6startOtherServices();
SystemServerInitThreadPool.shutdown();}
catch (Throwable ex) {Slog.e(System, ******************************************);
Slog.e(System, ************ Failure starting system services, ex);
throw ex;}
finally {
traceEnd();
}...
// Loop forever.
// 7Looper.loop();
throw new RuntimeException(Main thread loop unexpectedly exited);
}在注释1处创建了消息Looper。
在注释2处加载了动态库libandroid_servers.so。
在注释3处创建了SystemServerManager它的作用是对系统服务进行创建、启动和生命周期管理。
在注释4处的startBootstarpServices()方法中使用SystemServiceManager启动了ActivityManagerService、PackageManagerService、PowerManagerService等引导服务。
在注释5处的startCoreServices()方法中则启动了BatteryService、WebViewUpdateService、DropBoxManagerService、UsageStatsService4个核心服务。
在注释6处的startOtherServices()方法中启动了WindowManagerService、InputManagerService、CameraService等其它服务。这些服务的父类都是SystemService。
可以看到上面把系统服务分成了三种类型引导服务、核心服务、其它服务。这些系统服务共有100多个其中对于我们来说比较关键的有 引导服务ActivityManagerService负责四大组件的启动、切换、调度。引导服务PackageManagerService负责对APK进行安装、解析、删除、卸载等操作。引导服务PowerManagerService负责计算系统中与Power相关的计算然后决定系统该如何反应。核心服务BatteryService管理电池相关的服务。其它服务WindowManagerService窗口管理服务。其它服务InputManagerService管理输入事件。
很多系统服务的启动逻辑都是类似的这里我以启动ActivityManagerService服务来进行举例代码如下所示
mActivityManagerService mSystemServiceManager.startService(ActivityManagerService.Lifecycle.class).getService();SystemServiceManager 的 startService() 方法启动了ActivityManagerService该启动方法如下所示
SuppressWarnings(unchecked)
public T extends SystemService T startService(ClassT serviceClass) {
try {final String name serviceClass.getName();
...try {ConstructorT constructor serviceClass.getConstructor(Context.class);
// 1service constructor.newInstance(mContext);
}
catch (InstantiationException ex) {...
// 2startService(service);return service;
}
finally {Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_SYSTEM_SERVER);
}
}在注释1处使用反射创建了ActivityManagerService实例并在注释2处调用了另一个startService()重载方法如下所示
public void startService(NonNull final SystemService service) {
// Register it.
// 1mServices.add(service);
// Start it.long time SystemClock.elapsedRealtime();
try {
// 2service.onStart();
}
catch (RuntimeException ex)
{
throw new RuntimeException(Failed to start service service.getClass().getName() : onStart threw an exception, ex);
}
warnIfTooLong(SystemClock.elapsedRealtime() - time, service, onStart);
}在注释1处首先会将ActivityManagerService添加在mServices中它是一个存储SystemService类型的ArrayList这样就完成了ActivityManagerService的注册。
在注释2处调用了ActivityManagerService的onStart()方法完成了启动ActivityManagerService服务。
除了使用SystemServiceManager的startService()方法来启动系统服务外也可以直接调用服务的main()方法来启动系统服务如PackageManagerService
mPackageManagerService PackageManagerService.main(mSystemContext, installer,mFactoryTestMode ! FactoryTest.FACTORY_TEST_OFF, mOnlyCore);这里直接调用了PackageManagerService的main()方法
public static PackageManagerService main(Context context, Installer installer,boolean factoryTest, boolean onlyCore) {
// Self-check for initial settings.PackageManagerServiceCompilerMapping.checkProperties();
// 1PackageManagerService m new PackageManagerService(context, installer,factoryTest, onlyCore);
m.enableSystemUserPackages();
// 2ServiceManager.addService(package, m);
// 3final PackageManagerNative pmn m.new PackageManagerNative();
ServiceManager.addService(package_native, pmn);
return m;
}在注释1处直接新建了一个PackageManagerService实例
注释2处将PackageManagerService注册到服务大管家ServiceManager中ServiceManager用于管理系统中的各种Service用于系统C/S架构中的Binder进程间通信即如果Client端需要使用某个Servcie首先应该到ServiceManager查询Service的相关信息然后使用这些信息和该Service所在的Server进程建立通信通道这样Client端就可以服务端进程的Service进行通信了。
7. SystemService 进程总结
SystemService的启动流程分析至此已经完结经过以上的分析可知SystemService进程被创建后主要的处理如下
1、启动Binder线程池这样就可以与其他进程进行Binder跨进程通信。2、创建SystemServiceManager它用来对系统服务进行创建、启动和生命周期管理。3、启动各种系统服务引导服务、核心服务、其他服务共100多种。应用开发主要关注引导服务ActivityManagerService、PackageManagerService和其他服务WindowManagerService、InputManagerService即可。
