本篇文章基于Android6.0源碼分析
相關(guān)源碼文件：
/system/core/rootdir/init.rc
/system/core/rootdir/init.zygote64.rc
/frameworks/base/cmds/app_process/App_main.cpp
/frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp
/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/
- ZygoteInit.java
- Zygote.java
- ZygoteConnection.java
/frameworks/base/core/java/android/net/LocalServerSocket.java
/system/core/libutils/Threads.cpp
Zygote進(jìn)程啟動(dòng)前的概述
通過(guò)init.rc的文件解析會(huì)啟動(dòng)zygote相關(guān)的服務(wù)從而啟動(dòng)zygote進(jìn)程。通過(guò)import導(dǎo)入決定啟動(dòng)哪種類(lèi)型的zygote服務(wù)腳本，這里分為32位和64位架構(gòu)的zygote服務(wù)腳本
import /init.${ro.zygote}.rc
在/system/core/rootdir目錄中有四個(gè)zygote相關(guān)的服務(wù)腳本
init.zygote32.rc // 支持32位的zygote
init.zygote32_64.rc // 即支持32位也支持64位的zygote，其中以32位為主，64位為輔
init.zygote64.rc // 支持64位的zygote
init.zygote64_32.rc // 即支持64位也支持32位的zygote，其中以64位為主，32位為輔
下面我們分析只分析64位的zygote服務(wù)腳本的Android初始化語(yǔ)言：
service zygote /system/bin/app_process64 -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server
class main
socket zygote stream 660 root system
onrestart write /sys/android_power/request_state wake
onrestart write /sys/power/state on
onrestart restart media
onrestart restart netd
writepid /dev/cpuset/foreground/tasks
zygote進(jìn)程的執(zhí)行程序?yàn)?code>/system/bin/app_process64中，其中參數(shù)為：-Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server，classname為main。除了在Init進(jìn)程解析時(shí)創(chuàng)建Zygote進(jìn)程，在servicemanager、surfaceflinger、systemserver進(jìn)程被殺時(shí)Zygote進(jìn)程也會(huì)進(jìn)行重啟。
其中/system/bin/app_process64的映射的執(zhí)行文件為：/frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp
Zygote進(jìn)程啟動(dòng)
如圖1所示，zygote進(jìn)程啟動(dòng)時(shí)會(huì)先啟動(dòng)
app_main類(lèi)的main()方法：
// 參數(shù)argv為 ： -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server
int main(int argc, char* const argv[])
{
// 創(chuàng)建一個(gè)AppRuntime實(shí)例，AppRuntime 繼承 AndoirdRuntime
AppRuntime runtime (argv[0], computeArgBlockSize(argc, argv));
//忽略第一個(gè)參數(shù)
argc--;
argv++;
// 解析參數(shù)并對(duì)變量賦值
bool zygote = false;
bool startSystemServer = false;
bool application = false;
String8 niceName;
String8 className;
++i; // Skip unused "parent dir" argument.
while (i < argc) {
const char * arg = argv [i++];
if (strcmp(arg, "--zygote") == 0) {
// 參數(shù)中有--zygote
zygote = true;
niceName = ZYGOTE_NICE_NAME;
} else if (strcmp(arg, "--start-system-server") == 0) {
// 參數(shù)中有--start-system-server
startSystemServer = true;
} else if (strcmp(arg, "--application") == 0) {
application = true;
} else if (strncmp(arg, "--nice-name=", 12) == 0) {
niceName.setTo(arg + 12);
} else if (strncmp(arg, "--", 2) != 0) {
className.setTo(arg);
break;
} else {
--i;
break;
}
}
if (zygote) {
//如果zygote為true,則調(diào)用AndroidRuntime的start方法，并傳入了"com.android.internal.os.ZygoteInit"參數(shù)
runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote);
} else if (className) {
runtime.start("com.android.internal.os.RuntimeInit", args, zygote);
} else {
fprintf(stderr, "Error: no class name or --zygote supplied.\n");
app_usage();
LOG_ALWAYS_FATAL("app_process: no class name or --zygote supplied.");
return 10;
}
}
在app_main的mian()方法中，主要是根據(jù)zygote的腳本的參數(shù)進(jìn)行解析，在解析到有--zygote字符后，則確定執(zhí)行AndroidRuntime.start方法，并且第一個(gè)參數(shù)傳為com.android.internal.os.ZygoteInit。
AndroidRuntime.start()
在此方法中，主要做了三件事：
· 創(chuàng)建虛擬機(jī)實(shí)例
· JNI方法的注冊(cè)
· 調(diào)用參數(shù)的main()方法
// 這里的className為：com.android.internal.os.ZygoteInit
void AndroidRuntime::start(const char* className, const Vector<String8>& options, bool zygote)
{
/* start the virtual machine */
JniInvocation jni_invocation;
jni_invocation.Init(NULL);
JNIEnv * env;
// 1. 創(chuàng)建虛擬機(jī)
if (startVm(& mJavaVM, &env, zygote) != 0) {
return;
}
onVmCreated(env);
// 2. JNI方法注冊(cè)
if (startReg(env) < 0) {
ALOGE("Unable to register all android natives\n");
return;
}
// 解析classname參數(shù)
//將"com.android.internal.os.ZygoteInit"轉(zhuǎn)換為"com/android/internal/os/ZygoteInit"
char * slashClassName = toSlashClassName(className);
jclass startClass = env->FindClass(slashClassName);
if (startClass == NULL) {
} else {
// 得到ZygoteInit的main方法
jmethodID startMeth = env->GetStaticMethodID(startClass, "main",
"([Ljava/lang/String;)V");
if (startMeth == NULL) {
} else { env ->
// 3. 執(zhí)行ZygoteInit的main方法
CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);
}
}
free(slashClassName);
}
對(duì)start方法進(jìn)行了一些刪減后，主要是通過(guò)startVm創(chuàng)建虛擬機(jī)，通過(guò)startReg(env)進(jìn)行JNI方法注冊(cè)，最后解析className參數(shù)，去執(zhí)行ZygoteInit.main方法。下面將逐一分析這三種狀態(tài)。
1. 創(chuàng)建虛擬機(jī)實(shí)例
startVm：
int AndroidRuntime::startVm(JavaVM** pJavaVM, JNIEnv** pEnv, bool zygote)
{
// ...
// JNI檢測(cè)功能
bool checkJni = false;
property_get("dalvik.vm.checkjni", propBuf, "");
if (strcmp(propBuf, "true") == 0) {
checkJni = true;
} else if (strcmp(propBuf, "false") != 0) {
/* property is neither true nor false; fall back on kernel parameter */
property_get("ro.kernel.android.checkjni", propBuf, "");
if (propBuf[0] == '1') {
checkJni = true;
}
}
ALOGD("CheckJNI is %s\n", checkJni ? "ON" : "OFF");
if (checkJni) {
addOption("-Xcheck:jni");
}
// /虛擬機(jī)產(chǎn)生的trace文件，主要用于分析系統(tǒng)問(wèn)題，路徑默認(rèn)為/data/anr/traces.txt
parseRuntimeOption("dalvik.vm.stack-trace-file", stackTraceFileBuf, "-Xstacktracefile:");
//對(duì)于不同的軟硬件環(huán)境，這些參數(shù)往往需要調(diào)整、優(yōu)化，從而使系統(tǒng)達(dá)到最佳性能
parseRuntimeOption("dalvik.vm.heapstartsize", heapstartsizeOptsBuf, "-Xms", "4m");
parseRuntimeOption("dalvik.vm.heapsize", heapsizeOptsBuf, "-Xmx", "16m");
parseRuntimeOption(
"dalvik.vm.heapgrowthlimit",
heapgrowthlimitOptsBuf,
"-XX:HeapGrowthLimit="
);
parseRuntimeOption("dalvik.vm.heapminfree", heapminfreeOptsBuf, "-XX:HeapMinFree=");
parseRuntimeOption("dalvik.vm.heapmaxfree", heapmaxfreeOptsBuf, "-XX:HeapMaxFree=");
parseRuntimeOption(
"dalvik.vm.heaptargetutilization",
heaptargetutilizationOptsBuf,
"-XX:HeapTargetUtilization="
);
// ...
// 初始化虛擬機(jī)
if (JNI_CreateJavaVM(pJavaVM, pEnv, & initArgs) < 0) {
ALOGE("JNI_CreateJavaVM failed\n");
return -1;
}
return 0;
}
startVm方法里面有很多代碼，但主要分為三步，第一步是檢測(cè)，第二步是軟硬件參數(shù)的設(shè)置，第三步是初始化虛擬機(jī)。
2. JNI方法的注冊(cè)
startReg
int AndroidRuntime::startReg(JNIEnv* env)
{
androidSetCreateThreadFunc((android_create_thread_fn) javaCreateThreadEtc);
ALOGV("--- registering native functions ---\n");
env->PushLocalFrame(200);
//進(jìn)程JNI方法的注冊(cè)
if (register_jni_procs(gRegJNI, NELEM(gRegJNI), env) < 0) { env ->
PopLocalFrame(NULL);
return -1;
}
env->PopLocalFrame(NULL);
return 0;
}
// 這里的array[]是gRegJNI,它是一個(gè)映射了很多方法的數(shù)組
static int register_jni_procs(const RegJNIRec array[], size_t count, JNIEnv* env)
{
// 執(zhí)行很多映射的方法
for (size_t i = 0; i < count; i++) {
if (array[i].mProc(env) < 0) {
return -1;
}
}
return 0;
}
startReg方法是對(duì)JNI方法的注冊(cè)，它通過(guò)一個(gè)有很多宏定義的數(shù)組，并執(zhí)行數(shù)組定義的方法，進(jìn)行對(duì)JNI和Java層方法一一映射。
3. 調(diào)用ZygoteInit.main方法
在AndroidRuntime.start()方法的最后，通過(guò)反射執(zhí)行了其ZygoteInit.main()方法。
if (startClass == NULL) {
} else {
// 得到ZygoteInit的main方法
jmethodID startMeth = env->GetStaticMethodID(startClass, "main",
"([Ljava/lang/String;)V");
if (startMeth == NULL) {
} else { env ->
// 3. 執(zhí)行ZygoteInit的main方法
CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);
}
}
通過(guò)反射去執(zhí)行ZygoteInit.main方法，也是第一次進(jìn)入java語(yǔ)言的世界。所以AndroidRuntime的start方法做了三件事，一是初始化虛擬機(jī)，二是JNI方法的注冊(cè)，三是通過(guò)反射執(zhí)行ZygoteInit.main方法。
ZygoteInit.main
Zygote進(jìn)程用于創(chuàng)建管理framework層的SystemServer進(jìn)程，還用于創(chuàng)建App進(jìn)程，就是應(yīng)用App啟動(dòng)創(chuàng)建進(jìn)程時(shí)，是由Zygote進(jìn)程創(chuàng)建的，并且Zygote創(chuàng)建子進(jìn)程將使用copy on write的技術(shù)，就是子進(jìn)程直接繼承父進(jìn)程的現(xiàn)有的資源，在子進(jìn)程對(duì)于共有的資源是讀時(shí)共享，寫(xiě)時(shí)復(fù)制。
ZygoteInit.main方法中主要做了四件事：
· 注冊(cè)服務(wù)端的socket，用于接收創(chuàng)建子進(jìn)程的信息
· 提前預(yù)加載類(lèi)和資源，用于子進(jìn)程共享
· 創(chuàng)建SystemServer進(jìn)程，其管理著framework層
· 循環(huán)監(jiān)聽(tīng)服務(wù)socket,創(chuàng)建子進(jìn)程
public static void main(String argv[])
{
try {
// 創(chuàng)建服務(wù)端Soctet，用于接收創(chuàng)建子進(jìn)程信息
registerZygoteSocket(socketName);
// 提前預(yù)加載類(lèi)和資源
preload();
// gc操作
gcAndFinalize();
// 創(chuàng)建SystemServer進(jìn)程
if (startSystemServer) {
startSystemServer(abiList, socketName);
}
// 用服務(wù)socket監(jiān)聽(tīng)創(chuàng)建進(jìn)程信息，并創(chuàng)建子進(jìn)程
runSelectLoop(abiList);
closeServerSocket();
} catch (MethodAndArgsCaller caller) {
caller.run();
} catch (RuntimeException ex) {
Log.e(TAG, "Zygote died with exception", ex);
closeServerSocket();
throw ex;
}
}
通過(guò)registerZygoteSocket方法去創(chuàng)建服務(wù)端的socket，preload()方法去提前加載類(lèi)和資源，startSystemServer方法去創(chuàng)建SystemServer進(jìn)程去管理framework層，runSelectLoop方法循環(huán)監(jiān)聽(tīng)創(chuàng)建子進(jìn)程。
1. 注冊(cè)服務(wù)端Socket
registerZygoteSocket
private static void registerZygoteSocket(String socketName)
{
if (sServerSocket == null) {
int fileDesc;
final String fullSocketName = ANDROID_SOCKET_PREFIX + socketName;
try {
String env = System . getenv (fullSocketName);
fileDesc = Integer.parseInt(env);
} catch (RuntimeException ex) {
throw new RuntimeException (fullSocketName + " unset or invalid", ex);
}
try {
// 創(chuàng)建服務(wù)端的socket
FileDescriptor fd = new FileDescriptor();
fd.setInt$(fileDesc);
sServerSocket = new LocalServerSocket (fd);
} catch (IOException ex) {
throw new RuntimeException (
"Error binding to local socket '" + fileDesc + "'", ex);
}
}
}
創(chuàng)建一個(gè)服務(wù)端的socket用于接口多個(gè)客戶(hù)端的信息接收，在后面的runSelectLoop方法用于監(jiān)聽(tīng)服務(wù)端的socket信息，以便創(chuàng)建子進(jìn)程。
2. 預(yù)加載資源
preload
static void preload()
{
preloadClasses(); //預(yù)加載位于/system/etc/preloaded-classes文件中的類(lèi)
preloadResources(); //預(yù)加載資源，包含drawable和color資源
preloadOpenGL(); //預(yù)加載OpenGL
preloadSharedLibraries(); //預(yù)加載"android","compiler_rt","jnigraphics"這3個(gè)共享庫(kù)
preloadTextResources(); //預(yù)加載 文本連接符資源
WebViewFactory.prepareWebViewInZygote(); //僅用于zygote進(jìn)程，用于內(nèi)存共享的進(jìn)程
}
preloadClasses()方法通過(guò)Class.forName()反射的方法去加載類(lèi)，preloadResources方法主要是加載位于com.android.internal.R.array.preloaded_drawables和com.android.internal.R.array.preloaded_color_state_lists的資源。
提前加載資源的好處是，在復(fù)制創(chuàng)建子進(jìn)程時(shí)，提前加載好的資源可以給子進(jìn)程直接使用，不用第二次創(chuàng)建，但不好的地方是每個(gè)創(chuàng)建的子進(jìn)程都有擁有很多資源，而不管是否需要。
3. 啟動(dòng)SystemServer進(jìn)程
startSystemServer
private static boolean startSystemServer(String abiList, String socketName)
throws MethodAndArgsCaller, RuntimeException
{
// 通過(guò)數(shù)組保存創(chuàng)建systemserver進(jìn)程的信息
String args [] = {
"--setuid=1000",
"--setgid=1000",
"--setgroups=1001,1002,1003,1004,1005,1006,1007,1008,1009,1010,1018,1021,1032,3001,3002,3003,3006,3007",
"--capabilities=" + capabilities + "," + capabilities,
"--nice-name=system_server",
"--runtime-args",
"com.android.server.SystemServer",
};
ZygoteConnection.Arguments parsedArgs = null;
int pid;
try {
parsedArgs = new ZygoteConnection . Arguments (args);
ZygoteConnection.applyDebuggerSystemProperty(parsedArgs);
ZygoteConnection.applyInvokeWithSystemProperty(parsedArgs);
// 創(chuàng)建systemserver進(jìn)程
pid = Zygote.forkSystemServer(
parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,
parsedArgs.gids,
parsedArgs.debugFlags,
null,
parsedArgs.permittedCapabilities,
parsedArgs.effectiveCapabilities
);
} catch (IllegalArgumentException ex) {
throw new RuntimeException (ex);
}
/* pid==0 則是子進(jìn)程，就是systemserver */
if (pid == 0) {
if (hasSecondZygote(abiList)) {
waitForSecondaryZygote(socketName);
}
// 完成system_server進(jìn)程剩余的工作
handleSystemServerProcess(parsedArgs);
}
return true;
}
通過(guò)Zygote.forkSystemServer去創(chuàng)建SystemServer進(jìn)程，其進(jìn)程是管理著framework的，我們將在下一篇分析SystemServer進(jìn)程進(jìn)程的啟動(dòng)。
4. 循環(huán)等待孵化進(jìn)程
runSelectLoop
private static void runSelectLoop(String abiList) throws MethodAndArgsCaller
{
// FileDescriptor數(shù)組
ArrayList<FileDescriptor> fds = new ArrayList<FileDescriptor>();
// ZygoteConnection數(shù)組
ArrayList<ZygoteConnection> peers = new ArrayList<ZygoteConnection>();
//sServerSocket是socket通信中的服務(wù)端，即zygote進(jìn)程。保存到fds[0]
fds.add(sServerSocket.getFileDescriptor());
peers.add(null);
while (true) {
// StructPollfd數(shù)組，并將相應(yīng)位置fds的值賦值
StructPollfd[] pollFds = new StructPollfd[fds.size()];
for (int i = 0; i < pollFds.length; ++i) {
pollFds[i] = new StructPollfd ();
pollFds[i].fd = fds.get(i);
pollFds[i].events = (short) POLLIN;
}
try {
//處理輪詢(xún)狀態(tài)，當(dāng)pollFds有事件到來(lái)則往下執(zhí)行，否則阻塞在這里
Os.poll(pollFds, -1);
} catch (ErrnoException ex) {
throw new RuntimeException ("poll failed", ex);
}
for (int i = pollFds.length - 1; i >= 0; --i) {
//采用I/O多路復(fù)用機(jī)制，當(dāng)接收到客戶(hù)端發(fā)出連接請(qǐng)求 或者數(shù)據(jù)處理請(qǐng)求到來(lái)，則往下執(zhí)行；
// 否則進(jìn)入continue，跳出本次循環(huán)。
if ((pollFds[i].revents & POLLIN) == 0) {
continue;
}
if (i == 0) {
ZygoteConnection newPeer = acceptCommandPeer (abiList);
peers.add(newPeer);
fds.add(newPeer.getFileDesciptor());
} else {
//i>0，則代表通過(guò)socket接收來(lái)自對(duì)端的數(shù)據(jù)，并執(zhí)行相應(yīng)操作
boolean done = peers.get (i).runOnce();
if (done) {
peers.remove(i);
fds.remove(i);
}
}
}
}
}
在runSelectLoop方法中有一個(gè)輪詢(xún)的狀態(tài)，如果有事件接收則會(huì)去執(zhí)行runOnce()的方法操作：
boolean runOnce() throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller
{
String args [];
Arguments parsedArgs = null;
FileDescriptor[] descriptors;
try {
//讀取socket客戶(hù)端發(fā)送過(guò)來(lái)的參數(shù)列表
args = readArgumentList();
descriptors = mSocket.getAncillaryFileDescriptors();
} catch (IOException ex) {
Log.w(TAG, "IOException on command socket " + ex.getMessage());
closeSocket();
return true;
}
if (args == null) {
// EOF reached.
closeSocket();
return true;
}
try {
//將binder客戶(hù)端傳遞過(guò)來(lái)的參數(shù)，解析成Arguments對(duì)象格式
parsedArgs = new Arguments (args);
...
// fork創(chuàng)建一個(gè)新的進(jìn)程
pid = Zygote.forkAndSpecialize(
parsedArgs.uid, parsedArgs.gid, parsedArgs.gids,
parsedArgs.debugFlags, rlimits, parsedArgs.mountExternal, parsedArgs.seInfo,
parsedArgs.niceName, fdsToClose, parsedArgs.instructionSet,
parsedArgs.appDataDir
);
} catch (ErrnoException ex) {
logAndPrintError(newStderr, "Exception creating pipe", ex);
} catch (IllegalArgumentException ex) {
logAndPrintError(newStderr, "Invalid zygote arguments", ex);
} catch (ZygoteSecurityException ex) {
logAndPrintError(
newStderr,
"Zygote security policy prevents request: ", ex
);
}
try {
if (pid == 0) {
// 處理子進(jìn)程
IoUtils.closeQuietly(serverPipeFd);
serverPipeFd = null;
handleChildProc(parsedArgs, descriptors, childPipeFd, newStderr);
// should never get here, the child is expected to either
// throw ZygoteInit.MethodAndArgsCaller or exec().
return true;
} else {
// 父進(jìn)程
IoUtils.closeQuietly(childPipeFd);
childPipeFd = null;
return handleParentProc(pid, descriptors, serverPipeFd, parsedArgs);
}
} finally {
IoUtils.closeQuietly(childPipeFd);
IoUtils.closeQuietly(serverPipeFd);
}
}
所以在runSelectLoop方法中，通過(guò)客戶(hù)端的socket不斷的和服務(wù)端的socket通信的監(jiān)聽(tīng)，通過(guò)調(diào)用起runOnce方法去不斷的創(chuàng)建新的進(jìn)程。
總結(jié)
Zygote進(jìn)程的啟動(dòng)過(guò)程主要有:
- 創(chuàng)建虛擬機(jī)和JNI方法的注冊(cè)
- 注冊(cè)服務(wù)Socket和提前加載系統(tǒng)類(lèi)和資源
- 創(chuàng)建SystemServce進(jìn)程
- 循環(huán)等待孵化進(jìn)程
