Android系統(tǒng)啟動流程（二）解析Zygote進程啟動過程

1 Zygote簡介

  • 在Android系統(tǒng)中，DVM(Dalvik虛擬機)、應(yīng)用程序進程以及運行系統(tǒng)的關(guān)鍵服務(wù)的SystemServer進程都是由Zygote進程來創(chuàng)建的，我們也將它稱為孵化器。
  • 它通過fock(復(fù)制進程)的形式來創(chuàng)建應(yīng)用程序進程和SystemServer進程，由于Zygote進程在啟動時會創(chuàng)建DVM，因此通過fock而創(chuàng)建的應(yīng)用程序進程和SystemServer進程可以在內(nèi)部獲取一個DVM的實例拷貝。
  • 關(guān)于init啟動zygote我們在上一篇文章已經(jīng)提到了，這里就不贅述了，這篇文章主要分析Android7.0 Zygote的啟動流程。

2 AppRuntime分析

  • init啟動zygote時主要是調(diào)用app_main.cpp的main函數(shù)中的AppRuntime的start來啟動zygote進程的，我們就從app_main.cpp的main函數(shù)開始分析，如下所示。
  • i注釋1處如果startSystemServer為true的話(默認為true)，將”start-system-server”放入啟動的參數(shù)args。
  • 注釋2處調(diào)用注釋2處這里調(diào)用runtime的start函數(shù)來啟動zygote進程，并將args傳入，這樣啟動zygote進程后，zygote進程會將SystemServer進程啟動。
    frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp 
int main(int argc, char* const argv[])
{
...

    AppRuntime runtime(argv[0], computeArgBlockSize(argc, argv));
   ...
     Vector<String8> args;
    if (!className.isEmpty()) {
        args.add(application ? String8("application") : String8("tool"));
        runtime.setClassNameAndArgs(className, argc - i, argv + i);
    } else {
        // We're in zygote mode.
        maybeCreateDalvikCache();
        if (startSystemServer) {
            args.add(String8("start-system-server"));//1如果startSystemServer為true的話(默認為true)，將”start-system-server”放入啟動的參數(shù)args。
        }
        char prop[PROP_VALUE_MAX];
        if (property_get(ABI_LIST_PROPERTY, prop, NULL) == 0) {
            LOG_ALWAYS_FATAL("app_process: Unable to determine ABI list from property %s.",
                ABI_LIST_PROPERTY);
            return 11;
        }
        String8 abiFlag("--abi-list=");
        abiFlag.append(prop);
        args.add(abiFlag);
        for (; i < argc; ++i) {
            args.add(String8(argv[i]));
        }
    }
    if (!niceName.isEmpty()) {
        runtime.setArgv0(niceName.string());
        set_process_name(niceName.string());
    }
    if (zygote) {
        runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote);//2調(diào)用runtime的start函數(shù)來啟動zygote進程，并將args傳入，這樣啟動zygote進程后，zygote進程會將SystemServer進程啟動。
    } 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;
    }
}
  • runtime指的就是AppRuntime，AppRuntime聲明也在app_main.cpp中，它繼承AndroidRuntime，也就是我們調(diào)用start其實是調(diào)用AndroidRuntime的start函數(shù)：
    frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp 
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;
    if (startVm(&mJavaVM, &env, zygote) != 0) {//1調(diào)用startVm函數(shù)來創(chuàng)建JavaVm(DVM)
        return;
    }
    onVmCreated(env);
    if (startReg(env) < 0) {//2調(diào)用startReg函數(shù)用來為DVM注冊JNI
        ALOGE("Unable to register all android natives\n");
        return;
    }
    jclass stringClass;
    jobjectArray strArray;
    jstring classNameStr;

    stringClass = env->FindClass("java/lang/String");
    assert(stringClass != NULL);
    //創(chuàng)建數(shù)組
    strArray = env->NewObjectArray(options.size() + 1, stringClass, NULL);
    assert(strArray != NULL);
    //從app_main的main函數(shù)得知className為com.android.internal.os.ZygoteInit
    classNameStr = env->NewStringUTF(className);
    assert(classNameStr != NULL);
    env->SetObjectArrayElement(strArray, 0, classNameStr);

    for (size_t i = 0; i < options.size(); ++i) {
        jstring optionsStr = env->NewStringUTF(options.itemAt(i).string());
        assert(optionsStr != NULL);
        env->SetObjectArrayElement(strArray, i + 1, optionsStr);
    }
    char* slashClassName = toSlashClassName(className);
    jclass startClass = env->FindClass(slashClassName);
    if (startClass == NULL) {
        ALOGE("JavaVM unable to locate class '%s'\n", slashClassName);
        /* keep going */
    } else {
    //找到ZygoteInit的main函數(shù)
        jmethodID startMeth = env->GetStaticMethodID(startClass, "main",
            "([Ljava/lang/String;)V");//3
        if (startMeth == NULL) {
            ALOGE("JavaVM unable to find main() in '%s'\n", className);
            /* keep going */
        } else {
        //通過JNI調(diào)用ZygoteInit的main函數(shù)
            env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);//4

#if 0
            if (env->ExceptionCheck())
                threadExitUncaughtException(env);
#endif
        }
    }
  ...
}

3 Zygote的Java框架層

  • 過JNI調(diào)用ZygoteInit的main函數(shù)后，Zygote便進入了Java框架層，此前沒有任何代碼進入過Java框架層，換句換說Zygote開創(chuàng)了Java框架層。
  • 注釋1處通過registerZygoteSocket函數(shù)來創(chuàng)建一個Server端的Socket，這個name為”zygote”的Socket用來等待ActivityManagerService來請求Zygote來創(chuàng)建新的應(yīng)用程序進程。
  • 注釋2處用來預(yù)加載類和資源。
  • 注釋3處用來啟動SystemServer進程，這樣系統(tǒng)的關(guān)鍵服務(wù)也會由SystemServer進程啟動起來。
  • 注釋4處調(diào)用runSelectLoop函數(shù)來等待客戶端請求。由此得知，ZygoteInit的main函數(shù)主要做了4件事，接下來我們對主要的事件一一進行分析。

frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java

 public static void main(String argv[]) {
       ...
        try {
         ...       
            //注冊Zygote用的Socket
            //1通過registerZygoteSocket函數(shù)來創(chuàng)建一個Server端的Socket，這個name為”zygote”的Socket用來等待ActivityManagerService來請求Zygote來創(chuàng)建新的應(yīng)用程序進程
            registerZygoteSocket(socketName);
           ...
           //預(yù)加載類和資源
           preload();//2來預(yù)加載類和資源
           ...
            if (startSystemServer) {
            //啟動SystemServer進程
                startSystemServer(abiList, socketName);//3啟動SystemServer進程，這樣系統(tǒng)的關(guān)鍵服務(wù)也會由SystemServer進程啟動起來
            }
            Log.i(TAG, "Accepting command socket connections");
            //等待客戶端請求
            runSelectLoop(abiList);//4調(diào)用runSelectLoop函數(shù)來等待客戶端請求
            closeServerSocket();
        } catch (MethodAndArgsCaller caller) {
            caller.run();
        } catch (RuntimeException ex) {
            Log.e(TAG, "Zygote died with exception", ex);
            closeServerSocket();
            throw ex;
        }
    }

registerZygoteSocket

  • 注釋1處用來創(chuàng)建LocalServerSocket，也就是服務(wù)端的Socket。當Zygote進程將SystemServer進程啟動后，就會在這個服務(wù)端的Socket上來等待ActivityManagerService請求Zygote進程來創(chuàng)建新的應(yīng)用程序進程。
   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 {
                FileDescriptor fd = new FileDescriptor();
                fd.setInt$(fileDesc);
                sServerSocket = new LocalServerSocket(fd);//1創(chuàng)建LocalServerSocket，也就是服務(wù)端的Socket。
            } catch (IOException ex) {
                throw new RuntimeException(
                        "Error binding to local socket '" + fileDesc + "'", ex);
            }
        }

啟動SystemServer進程

  • 注釋1處的代碼用來創(chuàng)建args數(shù)組，這個數(shù)組用來保存啟動SystemServer的啟動參數(shù)，其中可以看出SystemServer進程的用戶id和用戶組id被設(shè)置為1000；并且擁有用戶組10011010，1018、1021、1032、30013010的權(quán)限；進程名為system_server；啟動的類名為com.android.server.SystemServer。
  • 在注釋2處將args數(shù)組封裝成Arguments對象并供注釋3的forkSystemServer函數(shù)調(diào)用。
  • 注釋3處調(diào)用Zygote的forkSystemServer，主要通過fork函數(shù)在當前進程創(chuàng)建一個子進程，如果返回的pid 為0，也就是表示在新創(chuàng)建的子進程中執(zhí)行的，則執(zhí)行注釋4處的handleSystemServerProcess來啟動SystemServer進程。
 private static boolean startSystemServer(String abiList, String socketName)
            throws MethodAndArgsCaller, RuntimeException {
...
        /* Hardcoded command line to start the system server */
//注釋1處的代碼用來創(chuàng)建args數(shù)組，這個數(shù)組用來保存啟動SystemServer的啟動參數(shù)，其中可以看出SystemServer進程的用戶id和用戶組id被設(shè)置為1000；并且擁有用戶組1001~1010，1018、1021、1032、3001~3010的權(quán)限；進程名為system_server；啟動的類名為com.android.server.SystemServer。
         /*1*/
        String args[] = {
            "--setuid=1000",
            "--setgid=1000",
            "--setgroups=1001,1002,1003,1004,1005,1006,1007,1008,1009,1010,1018,1021,1032,3001,3002,3003,3006,3007,3009,3010",
            "--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);//2在注釋2處將args數(shù)組封裝成Arguments對象并供注釋3的forkSystemServer函數(shù)調(diào)用。
            ZygoteConnection.applyDebuggerSystemProperty(parsedArgs);
            ZygoteConnection.applyInvokeWithSystemProperty(parsedArgs);

            /*3*/
           //注釋3處調(diào)用Zygote的forkSystemServer，主要通過fork函數(shù)在當前進程創(chuàng)建一個子進程，如果返回的pid 為0，也就是表示在新創(chuàng)建的子進程中執(zhí)行的，則執(zhí)行注釋4處的handleSystemServerProcess來啟動SystemServer進程。
            pid = Zygote.forkSystemServer(
                    parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,
                    parsedArgs.gids,
                    parsedArgs.debugFlags,
                    null,
                    parsedArgs.permittedCapabilities,
                    parsedArgs.effectiveCapabilities);
        } catch (IllegalArgumentException ex) {
            throw new RuntimeException(ex);
        }
        if (pid == 0) {
            if (hasSecondZygote(abiList)) {
                waitForSecondaryZygote(socketName);
            }

            handleSystemServerProcess(parsedArgs);//4
        }

        return true;
    }

runSelectLoop
啟動啟動SystemServer進程后，最后進入runSelectLoop函數(shù)，如下所示。

  • 注釋1處中的sServerSocket就是我們在registerZygoteSocket函數(shù)中創(chuàng)建的服務(wù)端Socket，調(diào)用sServerSocket.getFileDescriptor()用來獲得該Socket的fd字段的值并添加到fd列表fds中。接下來無限循環(huán)用來等待ActivityManagerService請求Zygote進程創(chuàng)建新的應(yīng)用程序進程。
  • 注釋2處通過遍歷將fds存儲的信息轉(zhuǎn)移到pollFds數(shù)組中。
  • 最后在注釋3處對pollFds進行遍歷，如果i==0則說明服務(wù)端Socket與客戶端連接上，也就是當前Zygote進程與ActivityManagerService建立了連接。
  • 則在注釋4處通過acceptCommandPeer函數(shù)得到ZygoteConnection類并添加到Socket連接列表peers中，接著將該ZygoteConnection的fd添加到fd列表fds中，以便可以接收到ActivityManagerService發(fā)送過來的請求。如果i的值大于0，則說明ActivityManagerService向Zygote進程發(fā)送了一個創(chuàng)建應(yīng)用進程的請求，則在注釋5處調(diào)用ZygoteConnection的runOnce函數(shù)來創(chuàng)建一個新的應(yīng)用程序進程。
  • 并在成功創(chuàng)建后將這個連接從Socket連接列表peers和fd列表fds中清除。

private static void runSelectLoop(String abiList) throws MethodAndArgsCaller {
        ArrayList<FileDescriptor> fds = new ArrayList<FileDescriptor>();
        ArrayList<ZygoteConnection> peers = new ArrayList<ZygoteConnection>();
        fds.add(sServerSocket.getFileDescriptor());//1注釋1處中的sServerSocket就是我們在registerZygoteSocket函數(shù)中創(chuàng)建的服務(wù)端Socket，調(diào)用sServerSocket.getFileDescriptor()用來獲得該Socket的fd字段的值并添加到fd列表fds中。接下來無限循環(huán)用來等待ActivityManagerService請求Zygote進程創(chuàng)建新的應(yīng)用程序進程。
        peers.add(null);

        while (true) {
            StructPollfd[] pollFds = new StructPollfd[fds.size()];
            for (int i = 0; i < pollFds.length; ++i) {//2注釋2處通過遍歷將fds存儲的信息轉(zhuǎn)移到pollFds數(shù)組中。
                pollFds[i] = new StructPollfd();
                pollFds[i].fd = fds.get(i);
                pollFds[i].events = (short) POLLIN;
            }
            try {
                Os.poll(pollFds, -1);
            } catch (ErrnoException ex) {
                throw new RuntimeException("poll failed", ex);
            }
            for (int i = pollFds.length - 1; i >= 0; --i) {//3最后在注釋3處對pollFds進行遍歷，如果i==0則說明服務(wù)端Socket與客戶端連接上，也就是當前Zygote進程與ActivityManagerService建立了連接。
                if ((pollFds[i].revents & POLLIN) == 0) {
                    continue;
                }
                if (i == 0) {
                    ZygoteConnection newPeer = acceptCommandPeer(abiList);//4則在注釋4處通過acceptCommandPeer函數(shù)得到ZygoteConnection類并添加到Socket連接列表peers中，接著將該ZygoteConnection的fd添加到fd列表fds中，以便可以接收到ActivityManagerService發(fā)送過來的請求。如果i的值大于0，則說明ActivityManagerService向Zygote進程發(fā)送了一個創(chuàng)建應(yīng)用進程的請求，則在注釋5處調(diào)用ZygoteConnection的runOnce函數(shù)來創(chuàng)建一個新的應(yīng)用程序進程。
                    peers.add(newPeer);
                    fds.add(newPeer.getFileDesciptor());
                } else {
                    boolean done = peers.get(i).runOnce();//5
                    if (done) {
                        peers.remove(i);
                        fds.remove(i);
                    }
                }
            }
        }
    }

4.Zygote進程總結(jié)

  • Zygote啟動流程就講到這，Zygote進程共做了如下幾件事：
  • 1.創(chuàng)建AppRuntime并調(diào)用其start方法，啟動Zygote進程。
  • 2.創(chuàng)建DVM并為DVM注冊JNI.
  • 3.通過JNI調(diào)用ZygoteInit的main函數(shù)進入Zygote的Java框架層。
  • 4.通過registerZygoteSocket函數(shù)創(chuàng)建服務(wù)端Socket，并通過runSelectLoop函數(shù)等待ActivityManagerService的請求來創(chuàng)建新的應(yīng)用程序進程。
  • 5.啟動SystemServer進程。

參考

https://blog.csdn.net/itachi85/article/details/55047104

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