本篇文章已授權微信公眾號 顧林海 獨家釋出
Zygote程式啟動過程
在Android系統中，所有的應用程式及系統服務SystemServer程式都由Zygote程式通過Linux的for()函式孵化出來的，因此我們稱Zygote是孵化器。
在前面知道了init啟動Zygote的相關操作在app_main.cpp的main函式中的，程式碼如下：
int main(int argc, char* const argv[])
{
...
while (i < argc) {
const char* arg = argv[i++];
if (strcmp(arg, "--zygote") == 0) {
//註釋1
zygote = true;
niceName = ZYGOTE_NICE_NAME;
} else if (strcmp(arg, "--start-system-server") == 0) {
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) {
//註釋2
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.");
}
}
複製程式碼main函式中通過前面的if條件判斷語句來區分當前執行在哪個程式，如果是Zygote程式，就會在註釋1處將zygote賦值為true，同時執行註釋2處的runtime的start函式。
Zygote程式孵化子程式是通過自己的資源複製一份，來fork一個新的子程式，也就是說子程式進入這個檔案的main函式，因此，這裡的main函式被呼叫並不只是Zygote啟動的時候呼叫。既然子程式啟動的時候同樣被呼叫，那麼怎麼區分是被Zygote程式本身呼叫的還是它的子程式呼叫的呢？這裡就通過zygote這個變數來區分，如果是Zygote程式本身，變數zygote為true，否則就會進入到下面的else if裡，代表子程式啟動。
runtime是一個AppRuntime物件，AppRuntime類繼承AndroidRuntime類，因此前面呼叫的是AndroidRuntime的start函式，程式碼如下所示：
//路徑：/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;
//啟動Java虛擬機器
if (startVm(&mJavaVM, &env, zygote) != 0) {
return;
}
onVmCreated(env);
//註冊JNI方法
if (startReg(env) < 0) {
ALOGE("Unable to register all android natives\n");
return;
}
...
//註釋1
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);
}
//將className中的“.”替換成“/”
//註釋2
char* slashClassName = toSlashClassName(className);
//註釋3
jclass startClass = env->FindClass(slashClassName);
if (startClass == NULL) {
...
} else {
//註釋4
jmethodID startMeth = env->GetStaticMethodID(startClass, "main",
"([Ljava/lang/String;)V");
if (startMeth == NULL) {
...
} else {
//註釋5
env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);
#if 0
if (env->ExceptionCheck())
threadExitUncaughtException(env);
#endif
}
}
...
}
複製程式碼AndroidRuntime的start函式主要做了以下幾件事：
- 通過startVm函式啟動Java虛擬機器。
- 通過startReg函式註冊JNI方法。
- 呼叫com.android.internal.os.ZygoteInit類的main函式。
其中註釋1處的傳遞過來的className值是com.android.internal.os.ZygoteInit，在註釋2處將className中的“.”全部替換為“/”，替換後的值是com/android/internal/os/ZygoteInit，在註釋3處獲取ZygoteInit類，在註釋4處獲取ZygoteInit的main方法，最後在註釋5處通過JNI呼叫ZygoteInit的main方法，至此我們進入Java框架層。
ZygoteInit類的main方法如下所示：
//路徑：/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
public static void main(String argv[]) {
ZygoteServer zygoteServer = new ZygoteServer();
...
try {
...
//註釋1
zygoteServer.registerServerSocket(socketName);
if (!enableLazyPreload) {
...
//註釋2
preload(bootTimingsTraceLog);
...
} else {
Zygote.resetNicePriority();
}
...
//註釋3
if (startSystemServer) {
startSystemServer(abiList, socketName, zygoteServer);
}
//註釋4
zygoteServer.runSelectLoop(abiList);
zygoteServer.closeServerSocket();
} catch (Zygote.MethodAndArgsCaller caller) {
caller.run();
} catch (Throwable ex) {
Log.e(TAG, "System zygote died with exception", ex);
zygoteServer.closeServerSocket();
throw ex;
}
}
複製程式碼ZygoteInit的main方法中，註釋1處通過registerServerSocket方法建立一個Zygote的Socket介面用來和AMS通訊。檢視registerServerSocket方法：
//路徑：/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteServer.java
void registerServerSocket(String socketName) {
if (mServerSocket == null) {
...
try {
...
//註釋1
mServerSocket = new LocalServerSocket(fd);
} catch (IOException ex) {
throw new RuntimeException(
"Error binding to local socket '" + fileDesc + "'", ex);
}
}
}
複製程式碼註釋1處建立了一個Java層的LocalServerSocket物件ServerSocket，用於等待建立新的應用程式程式請求連線。
ZygoteInit的main方法中，註釋2處通過preload方法預載入類和資源，如果系統不預載入類和資源，每次啟動一個應用程式都會去載入這些類和資源，那麼啟動應用程式的時間就會很長。
ZygoteInit的main方法中，註釋3處通過startSystemServer方法啟動SystemServer程式。檢視startSystemServer方法：
//路徑：/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
private static boolean startSystemServer(String abiList, String socketName, ZygoteServer zygoteServer)
throws Zygote.MethodAndArgsCaller, RuntimeException {
...
//註釋1
String args[] = {
"--setuid=1000",
"--setgid=1000",
"--setgroups=1001,1002,1003,1004,1005,1006,1007,1008,1009,1010,1018,1021,1023,1032,3001,3002,3003,3006,3007,3009,3010",
"--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);
...
//註釋2
pid = Zygote.forkSystemServer(
parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,
parsedArgs.gids,
parsedArgs.debugFlags,
null,
parsedArgs.permittedCapabilities,
parsedArgs.effectiveCapabilities);
} catch (IllegalArgumentException ex) {
throw new RuntimeException(ex);
}
//註釋3
if (pid == 0) {
if (hasSecondZygote(abiList)) {
waitForSecondaryZygote(socketName);
}
zygoteServer.closeServerSocket();
//註釋4
handleSystemServerProcess(parsedArgs);
}
return true;
}
複製程式碼註釋1處args陣列儲存的是SystemServer的啟動引數，最後封裝成Arguments物件，在註釋2處通過Zygote的forkSystemServer方法建立子程式，該方法內部會呼叫nativeForkSystemServer這個Native方法，nativeForkSystemServer方法最終通過fork函式建立一個子程式。在註釋3處，判斷pid是否等於0，如果等於0，說明當前的程式碼執行在新建立的子程式中，最後通過註釋4處的handleSystemServerProcess方法啟動SystemServer程式。
ZygoteInit的main方法中，註釋4處呼叫runSlectLoop方法，通過前面建立的Socket介面，進入一個無限迴圈，等待核心服務ActivityManagerService請求建立新的應用程式程式。檢視runSlectLoop方法：
//路徑：/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteServer.java
void runSelectLoop(String abiList) throws Zygote.MethodAndArgsCaller {
...
while (true) {
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 {
Os.poll(pollFds, -1);
} catch (ErrnoException ex) {
throw new RuntimeException("poll failed", ex);
}
for (int i = pollFds.length - 1; i >= 0; --i) {
if ((pollFds[i].revents & POLLIN) == 0) {
continue;
}
//註釋1處
if (i == 0) {
ZygoteConnection newPeer = acceptCommandPeer(abiList);
peers.add(newPeer);
fds.add(newPeer.getFileDesciptor());
} else {
boolean done = peers.get(i).runOnce(this);
if (done) {
peers.remove(i);
fds.remove(i);
}
}
}
}
}
複製程式碼在註釋1處，如果i==0，說明Zygote的Socket服務還沒準備好，接下來通過acceptCommandPeer方法得到ZygoteConnection物件，並新增到Socket連線列表peers中，同時將這個ZygoteConnection的fd新增到fd列表fds中，以便可以接收到AMS傳送過來的請求。如果i!=0，說明正在等待客戶端來連線服務端的Socket，當AMS向Zygote程式傳送一個建立應用程式程式的請求時，就會呼叫ZygoteConnection的runOnce()函式來建立應用程式程式的請求，成功建立後從Socket連線列表peers和fd列表中清除這個連線。
SystemServer程式
SystemServer程式主要用於建立系統服務，比如AMS、WMS和PMS都是由它來建立的，SystemServer程式與普通的應用程式程式執行在不同的程式裡面，應用程式呼叫的API，很多都是通過Binder機制呼叫到SystemServer程式中對應的服務上的。
在ZygoteInit的main函式中通過startSystemServer函式來啟動SystemServer程式。檢視startSystemServer方法：
//路徑：/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
private static boolean startSystemServer(String abiList, String socketName, ZygoteServer zygoteServer)
throws Zygote.MethodAndArgsCaller, RuntimeException {
...
//註釋1
String args[] = {
"--setuid=1000",
"--setgid=1000",
"--setgroups=1001,1002,1003,1004,1005,1006,1007,1008,1009,1010,1018,1021,1023,1032,3001,3002,3003,3006,3007,3009,3010",
"--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);
...
//註釋2
pid = Zygote.forkSystemServer(
parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,
parsedArgs.gids,
parsedArgs.debugFlags,
null,
parsedArgs.permittedCapabilities,
parsedArgs.effectiveCapabilities);
} catch (IllegalArgumentException ex) {
throw new RuntimeException(ex);
}
//註釋3
if (pid == 0) {
if (hasSecondZygote(abiList)) {
waitForSecondaryZygote(socketName);
}
//註釋5
zygoteServer.closeServerSocket();
//註釋4
handleSystemServerProcess(parsedArgs);
}
return true;
}
複製程式碼這段程式碼在上面已經介紹過，最後通過handleSystemServerProcess方法啟動SystemServer程式，由於SystemServer是Zygote程式fork出來的，SystemServer程式也有一份Socket，但這個Socket對SystemServer程式沒有什麼用處，因此通過註釋5處關閉這個Socket。handleSystemServerProcess方法的程式碼如下所示：
//路徑：/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
private static void handleSystemServerProcess(
ZygoteConnection.Arguments parsedArgs)
throws Zygote.MethodAndArgsCaller {
...
if (systemServerClasspath != null) {
...
} else {
...
//註釋1
ZygoteInit.zygoteInit(parsedArgs.targetSdkVersion, parsedArgs.remainingArgs, cl);
}
}
複製程式碼在註釋1處呼叫了ZygoteInit的zygoteInit方法，程式碼如下所示：
//路徑：/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
public static final void zygoteInit(int targetSdkVersion, String[] argv,
ClassLoader classLoader) throws Zygote.MethodAndArgsCaller {
...
//註釋1
ZygoteInit.nativeZygoteInit();
//註釋2
RuntimeInit.applicationInit(targetSdkVersion, argv, classLoader);
}
private static final native void nativeZygoteInit();
複製程式碼在註釋1處呼叫nativeZygoteInit方法來建立Binder執行緒池。註釋2處呼叫RuntimeInit的applicationInit方法，程式碼如下所示：
//路徑：/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/RuntimeInit.java
protected static void applicationInit(int targetSdkVersion, String[] argv, ClassLoader classLoader)
throws Zygote.MethodAndArgsCaller {
...
invokeStaticMain(args.startClass, args.startArgs, classLoader);
}
複製程式碼applicationInit方法中呼叫了invokeStaticMain方法，如下所示：
//路徑：/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/RuntimeInit.java
private static void invokeStaticMain(String className, String[] argv, ClassLoader classLoader)
throws Zygote.MethodAndArgsCaller {
Class<?> cl;
try {
//註釋1
cl = Class.forName(className, true, classLoader);
} catch (ClassNotFoundException ex) {
...
}
Method m;
try {
//註釋2
m = cl.getMethod("main", new Class[] { String[].class });
} catch (NoSuchMethodException ex) {
...
} catch (SecurityException ex) {
...
}
...
//註釋3
throw new Zygote.MethodAndArgsCaller(m, argv);
}
複製程式碼在註釋1處通過反射獲取SystemServer類，這裡的className值是com.android.server.SystemServer，從前面ZygoteInit的startSystemServer方法中可以發現，程式碼如下所示：
//路徑：/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
private static boolean startSystemServer(String abiList, String socketName, ZygoteServer zygoteServer)
throws Zygote.MethodAndArgsCaller, RuntimeException {
...
//註釋1
String args[] = {
...
"com.android.server.SystemServer",
};
...
return true;
}
複製程式碼在傳入的引數中可以看到傳入的classname是com.android.server.SystemServer。
繼續回到invokeStaticMain方法中，在註釋2處獲取SystemServer的main方法，最後在註釋3處丟擲一個異常物件Zgote.MethodAndArgsCaller，使用這種方式是為了清理堆疊，這樣之後就會讓載入SystemServer類的main方法覺得自己是程式的入口。
接下來看ZygoteInit的main函式捕獲這個異常：
//路徑：/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
public static void main(String argv[]) {
...
try{
} catch (Zygote.MethodAndArgsCaller caller) {
//註釋1
caller.run();
} catch (Throwable ex) {
...
}
...
}
複製程式碼註釋1處捕獲到Zygote.MethodAndArgsCaller異常後，呼叫它的run方法：
//路徑：/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/Zygote.java
public final class Zygote {
...
public static class MethodAndArgsCaller extends Exception
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 {
//註釋1
mMethod.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);
}
}
}
}
複製程式碼MethodAndArgsCaller中的成員變數mMethod，這裡指的就是SystemServer的main方法，在註釋1處通過反射執行SystemServer的main方法。
進入SystemServer的main方法中：
//路徑：/frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
public static void main(String[] args) {
new SystemServer().run();
}
複製程式碼main方法中呼叫了SystemServer的run方法：
//路徑：/frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
private void run() {
try {
...
//建立訊息Looper
Looper.prepareMainLooper();
//載入動態庫libandroid_servers.so
System.loadLibrary("android_servers");
...
//建立系統的Context
createSystemContext();
//建立SystemServiceManager
mSystemServiceManager = new SystemServiceManager(mSystemContext);
mSystemServiceManager.setRuntimeRestarted(mRuntimeRestart);
//儲存SystemServiceManager
LocalServices.addService(SystemServiceManager.class, mSystemServiceManager);
//建立系統服務用的執行緒池
SystemServerInitThreadPool.get();
} finally {
traceEnd(); // InitBeforeStartServices
}
//開啟服務
try {
traceBeginAndSlog("StartServices");
//啟動引導服務
startBootstrapServices();
//啟動核心服務
startCoreServices();
//啟動其他服務
startOtherServices();
SystemServerInitThreadPool.shutdown();
} catch (Throwable ex) {
Slog.e("System", "******************************************");
Slog.e("System", "************ Failure starting system services", ex);
throw ex;
} finally {
traceEnd();
}
...
Looper.loop();
throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}
複製程式碼run方法中最重要的就是SystemServerManager，它的作用是用來對系統的服務進行建立、啟動和生命週期管理，建立完SystemServerManager物件後，在後面的三個啟動服務方法中會通過SystemServerManager來啟動服務，startBootstrapServices方法是用於啟動引導服務，引導服務包括ActivityManagerService、PowerManagerService、PackageManagerService、DeviceIdentifiersPolicyService等服務；startCoreServices方法用於啟動核心服務，核心服務包括DropBoxManagerService、BatteryService、UsageStatsService以及WebViewUpdateService；startOtherServices方法用於啟動其他服務，其他服務包括KeyChainSystemService、TelecomLoaderService、CameraService、AlarmManagerService等服務。
在啟動其他服務中會通過ActivityManagerService的systemReady方法來啟動Launcher。