Android系统启动流程(二)解析Zygote进程

xiaoxiao2021-02-28  8

上一篇文章我们分析了init进程,init进程中主要做了三件事,其中一件就是创建了Zygote进程,那么Zygote进程是什么,它做了哪些事呢?这篇文章会给你这些问题的答案。

1.Zygote简介

在Android系统中,JavaVM(Java虚拟机)、应用程序进程以及运行系统的关键服务的SystemServer进程都是由Zygote进程来创建的,我们也将它称为孵化器。它通过fock(复制进程)的形式来创建应用程序进程和SystemServer进程,由于Zygote进程在启动时会创建JavaVM,因此通过fock而创建的应用程序进程和SystemServer进程可以在内部获取一个JavaVM的实例拷贝。关于init启动zygote我们在上一篇文章已经提到了,这里就不赘述了,这篇文章主要分析Android7.0 Zygote的启动流程。

2.AppRuntime分析

我们从上篇文章得知init启动zygote时主要是调用app_main.cpp的main函数中的AppRuntime的start来启动zygote进程的,我们就从app_main.cpp的main函数开始分析,如下所示。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 } 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 } 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; } }

注释1处如果startSystemServer为true的话(默认为true),将"start-system-server"放入启动的参数args。注释2处调用注释2处这里调用runtime的start函数来启动zygote进程,并将args传入,这样启动zygote进程后,zygote进程会将SystemServer进程启动。我们知道runtime指的就是AppRuntime,AppRuntime声明也在app_main.cpp中,它继承AndroidRuntime,也就是我们调用start其实是调用AndroidRuntime的start函数:

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 return; } onVmCreated(env); if (startReg(env) < 0) {//2 ALOGE("Unable to register all android natives\n"); return; } jclass stringClass; jobjectArray strArray; jstring classNameStr; stringClass = env->FindClass("java/lang/String"); assert(stringClass != NULL); //创建数组 strArray = env->NewObjectArray(options.size() + 1, stringClass, NULL); assert(strArray != NULL); //从app_main的main函数得知className为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函数 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 { //通过JNI调用ZygoteInit的main函数 env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);//4 #if 0 if (env->ExceptionCheck()) threadExitUncaughtException(env); #endif } } ... }

注释1处调用startVm函数来创建JavaVm,注释2处调用startReg函数用来为JavaVm注册JNI。注释3处的代码用来找到ZygoteInit的main函数,其中startClass从app_main的main函数得知为com.android.internal.os.ZygoteInit。注释4处通过JNI调用ZygoteInit的main函数,因为ZygoteInit的main函数是Java编写的,因此需要通过JNI调用。

3.Zygote的Java框架层

上文我们通过JNI调用ZygoteInit的main函数后,Zygote便进入了Java框架层,此前没有任何代码进入过Java框架层,换句换说Zygote开创了Java框架层。frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java

public static void main(String argv[]) { ... try { ... //注册Zygote用的Socket registerZygoteSocket(socketName);//1 ... //预加载类和资源 preload();//2 ... if (startSystemServer) { //启动SystemServer进程 startSystemServer(abiList, socketName);//3 } Log.i(TAG, "Accepting command socket connections"); //等待客户端请求 runSelectLoop(abiList);//4 closeServerSocket(); } catch (MethodAndArgsCaller caller) { caller.run(); } catch (RuntimeException ex) { Log.e(TAG, "Zygote died with exception", ex); closeServerSocket(); throw ex; } }

注释1处通过registerZygoteSocket函数来创建一个Server端的Socket,这个Socket用来等待ActivityManagerService来请求Zygote来创建新的应用程序进程。注释2处用来预加载类和资源。注释3处用来启动SystemServer进程,这样系统的关键服务也会由SystemServer进程启动起来。注释4处调用runSelectLoop函数来等待客户端请求。由此得知,ZygoteInit的main函数主要做了4件事,接下来我们对主要的事件一一进行分析。

registerZygoteSocket

首先我们来查看registerZygoteSocket函数做了什么

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 } catch (IOException ex) { throw new RuntimeException( "Error binding to local socket '" + fileDesc + "'", ex); } }

注释1处用来创建LocalServerSocket,也就是服务端的Socket。当Zygote进程将SystemServer进程启动后,就会在这个服务端的Socket上来等待ActivityManagerService请求Zygote进程来创建新的应用程序进程。

启动SystemServer进程

接下来查看startSystemServer函数,代码如下所示。

private static boolean startSystemServer(String abiList, String socketName) throws MethodAndArgsCaller, RuntimeException { ... /* Hardcoded command line to start the system server */ /*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 ZygoteConnection.applyDebuggerSystemProperty(parsedArgs); ZygoteConnection.applyInvokeWithSystemProperty(parsedArgs); /*3*/ 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; }

注释1处的代码用来创建args数组,这个数组用来保存启动SystemServer的启动参数,其中可以看出SystemServer进程的用户id和用户组id被设置为1000;并且拥有用户组10011010,1018、1021、1032、30013010的权限;进程名为system_server;启动的类名为com.android.server.SystemServer。在注释2处将args数组封装成Arguments对象并供注释3的forkSystemServer函数调用。注释3处调用Zygote的forkSystemServer,主要通过fork函数在当前进程创建一个子进程,如果返回的pid 为0,也就是表示在新创建的子进程中执行的,则执行注释4处的handleSystemServerProcess来启动SystemServer进程。

runSelectLoop

启动启动SystemServer进程后,最后进入runSelectLoop函数,如下所示。

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 peers.add(null); while (true) { StructPollfd[] pollFds = new StructPollfd[fds.size()]; for (int i = 0; i < pollFds.length; ++i) {//2 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 if ((pollFds[i].revents & POLLIN) == 0) { continue; } if (i == 0) { ZygoteConnection newPeer = acceptCommandPeer(abiList);//4 peers.add(newPeer); fds.add(newPeer.getFileDesciptor()); } else { boolean done = peers.get(i).runOnce();//5 if (done) { peers.remove(i); fds.remove(i); } } } } }

注释1处中的sServerSocket就是我们在registerZygoteSocket函数中创建的服务端Socket,调用sServerSocket.getFileDescriptor()用来获得该Socket的fd字段的值并添加到fd列表fds中。接下来无限循环用来等待ActivityManagerService请求Zygote进程创建新的应用程序进程。注释2处通过遍历将fds存储的信息转移到pollFds数组中。最后在注释3处对pollFds进行遍历,如果i==0则说明服务端Socket与客户端连接上,也就是当前Zygote进程与ActivityManagerService建立了连接。则在注释4处通过acceptCommandPeer函数得到ZygoteConnection类并添加到Socket连接列表peers中,接着将该ZygoteConnection的fd添加到fd列表fds中,以便可以接收到ActivityManagerService发送过来的请求。如果i的值大于0,则说明ActivityManagerService向Zygote进程发送了一个创建应用进程的请求,则在注释5处调用ZygoteConnection的runOnce函数来创建一个新的应用程序进程。并在成功创建后将这个连接从Socket连接列表peers和fd列表fds中清除。

4.Zygote进程总结

Zygote启动流程就讲到这,Zygote进程共做了如下几件事:1.创建AppRuntime并调用其start方法,启动Zygote进程。2.创建JavaVM并为JavaVM注册JNI.3.通过JNI调用ZygoteInit的main函数进入Zygote的Java框架层。4.通过registerZygoteSocket函数创建服务端Socket,并通过runSelectLoop函数等待ActivityManagerService的请求。5.启动SystemServer进程。

参考资料《Android系统源代码情景分析》《深入理解Android卷1》《深入理解Android系统》

作者:刘望舒 链接:https://www.jianshu.com/p/cbc6b84aee08 來源:简书 著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。
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