最近学习进阶解密 总结SystemService启动 加深理解记忆

SystemService启动之前,我们先看一下 Zygote进程做了些什么

Zygote进程

在Android系统中,DVM和ART、应用程序进程以及运行系统的关键服务SystemServer进程都是有Zygote进程来创建的,我们也将它称为孵化器。它通过fork的形式来创建应用程序进程和SystemServer进程,犹豫Zygote进程在启动时会创建DVM或者ART,因此通过fork而创建的应用程序进程和SystemServer进程可以在内部获取一个DVM或者ART的实例副本。Zygote进程启动共做了如下几件事:

1 创建AppRuntime并调用其start方法,启动Zygote进程;
2 创建Java虚拟机并为Java虚拟机注册JNI方法;
3 通过JNI调用ZygoteInit的main函数进入Zygote的Java框架层;
4 通过registerZygoteSocket方法创建服务端Socket,并通过runSelectLoop方法等待AMS的请求来5 创建新的应用程序进程;
6 启动SystemServer进程。

如下是时序图

一  Zygote 开创 Java 框架层入口

启动 Zygote 的入口,其实就是 ZygoteInit.java ,我们看它的 main 函数实现。
//com.android.internal.os.ZygoteInit.java public static void main(String
argv[]) { .... try { 1. 创建服务端的 Socket ,名称为 "zygote"
zygoteServer.registerServerSocket(socketName); if (!enableLazyPreload) {
bootTimingsTraceLog.traceBegin("ZygotePreload");
EventLog.writeEvent(LOG_BOOT_PROGRESS_PRELOAD_START,
SystemClock.uptimeMillis()); 2 用来预加载资源 preload(bootTimingsTraceLog);
EventLog.writeEvent(LOG_BOOT_PROGRESS_PRELOAD_END, SystemClock.uptimeMillis());
bootTimingsTraceLog.traceEnd(); // ZygotePreload } else {
Zygote.resetNicePriority(); } ... if (startSystemServer) { 3. 启动 SystemServer
进程 startSystemServer(abiList, socketName, zygoteServer); } Log.i(TAG,
"Accepting command socket connections"); 4. 等待 AMS 请求
zygoteServer.runSelectLoop(abiList); //清理或者关闭对应的 Socket
zygoteServer.closeServerSocket(); } catch (Zygote.MethodAndArgsCaller caller) {
caller.run(); } catch (Throwable ex) { Log.e(TAG, "System zygote died with
exception", ex); zygoteServer.closeServerSocket(); throw ex; } }
ZygoteInit.main() 做了做了四件事

 1 创建一个 Server 端为 ”zygote“ 名称的 Socket,用于等待 AMS 请求 Zygote 来创建新的应用程序进程。

 2  预处理加载类跟资源。

 3  根据 JNI 传递过来的信息来判断是否启动 SystemServer 

 4  等待 AMS 请求,用于创建新的应用程序进程。

 

1. zygoteServer.registerServerSocket(socketName);

看下registerServerSocket做了什么
//com.android.internal.os ZygoteServer.java void registerServerSocket(String
socketName) { if (mServerSocket == null) { int fileDesc; 1 拿到 Socket 名称 final
String fullSocketName = ANDROID_SOCKET_PREFIX + socketName; try { 2. 得到 Socket
环境变量的值 String env = System.getenv(fullSocketName); 3. 将 Socket
环境变量的值转换为文件描述符的参数 fileDesc = Integer.parseInt(env); } catch (RuntimeException
ex) { throw new RuntimeException(fullSocketName + " unset or invalid", ex); }
try { 4. 创建文件描述符 FileDescriptor fd = new FileDescriptor(); 5 Socket
转换出来的信息传递给文件描述符,用于获取具体信息 fd.setInt$(fileDesc); 6 创建服务端 Socket mServerSocket =
new LocalServerSocket(fd); } catch (IOException ex) { throw new
RuntimeException( "Error binding to local socket '" + fileDesc + "'", ex); } } }
registerServerSocket主要做了6件事情

 1 拿到拼接之后的 Socket 名称(ANDROID_SOCKET_zygote)

 2 把funSocketName Socket 名称转换为系统环境变量的值

 3 将 Socket 的系统环境变量的值转换为文件描述符的参数

 4 创建 FileDescriptor 文件描述符

 5 传入之前文件抓换参数

 6 创建LocalServerSocket,并将文件操作符传递出去

最后服务端 Socket 就创建成功了,在这个服务端上并处等待 AMS 请求 zygote 进程来创建新的应用程序进程。

2. 启动 SystemServer 进程

回头在看 ZygoteInit main 函数的注释 3
//com.android.internal.os ZygoteInit.main->startSystemServer private static
boolean startSystemServer(String abiList, String socketName, ZygoteServer
zygoteServer) throws Zygote.MethodAndArgsCaller, RuntimeException {); ... 1. 启动
SystemServer 的参数 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", //全类名路径 }; ZygoteConnection.Arguments
parsedArgs = null; int pid; try { parsedArgs = new
ZygoteConnection.Arguments(args);
ZygoteConnection.applyDebuggerSystemProperty(parsedArgs);
ZygoteConnection.applyInvokeWithSystemProperty(parsedArgs); 2创建一个子进程,也就是
SystemServer 进程 pid = Zygote.forkSystemServer( parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,
parsedArgs.gids, parsedArgs.debugFlags, null, parsedArgs.permittedCapabilities,
parsedArgs.effectiveCapabilities); } catch (IllegalArgumentException ex) {
throw new RuntimeException(ex); } /* For child process */ /** * 如果当前代码运行在子进程中
,也就是 SystemServer 进程中 */ if (pid == 0) { if (hasSecondZygote(abiList)) {
waitForSecondaryZygote(socketName); } //关闭 Zygote 进程创建的 Socket
zygoteServer.closeServerSocket(); 3 handleSystemServerProcess(parsedArgs); }
return true; }
总结startSystemServer 做了些什么

 1 用来创建args数组,这个数组用来保存启动SystemServer

 2 通过fork函数在当前线程SystemServer进程。

 3 Zygote.forkSystemServer 创建的pid为0 已经运行到了SystemServer 进程中

 

3. zygoteServer.runSelectLoop(abiList);

SystemServer 进程启动成功之后, 会ZygoteInit.Main() 中执行 runSelectLoop 方法
// com.android.internal.os ZygoteInit.main->runSelectLoop void
runSelectLoop(String abiList) throws Zygote.MethodAndArgsCaller {
ArrayList<FileDescriptor> fds = new ArrayList<FileDescriptor>();
ArrayList<ZygoteConnection> peers = new ArrayList<ZygoteConnection>(); 1. 添加获得该
Socket 的 fd 字段的值 fds.add(mServerSocket.getFileDescriptor()); peers.add(null);
while (true) { StructPollfd[] pollFds = new StructPollfd[fds.size()]; 2
通过遍历将fds的信息转移到pooFds数组中 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; } 3 如果 i == 0 那么就认为
服务端 Socket 与客户端连接上了,就是与 AMS 建立了连接 if (i == 0) { 4 ZygoteConnection newPeer =
acceptCommandPeer(abiList); //将 ZygoteConnection 添加到 Socket 连接列表中
peers.add(newPeer); fds.add(newPeer.getFileDesciptor()); } else {//如果不等于 0
,那么就说明 AMS 向 Zygote 发送了一个创建应用进程的请求 5 调用 ZygoteConnection 的 runOnce
函数来创建一个新的应用进程,并在成功创建后将这个连接从 Socket 连接列表中 peers、fd 列表中关闭 */ boolean done =
peers.get(i).runOnce(this); if (done) { peers.remove(i); fds.remove(i); } } } }
}
总结 上面的函数

1 mServerSocket 就是我们在 registerZygoteSocket 函数中创建的服务器端 Socket,调用
mServerSocket.getFileDescriptor() 函数用来获得该 Socket 的 fd 字段的值并添加到 fds
列表中。接下来就无限循环用来等待 AMS 请求 Zygote 进程创建的新的应用程序进程。

2 将 fds 信息转存到 pollFds 数组中。

3 对 pollFds 信息进行遍历,如果 i == 0 那么就认为 服务端 Socket 与客户端连接上了,就是与 AMS 建立了连接,否则就说明 AMS
向 Zygote 发送了一个创建应用进程的请求,并在成功创建后将这个连接从 Socket 连接列表中 peers、fd 列表中关闭。

二  SystemServer 进程处理过程

 

进入处理 SystemServer 是在 ZygoteInit.main() -> startSystemServer() 函数的 
handleSystemServerProcess 中

 

那SystemServer成功启动的了之后那后续做了些什么呢 ?

1 启动Binder线程池。这样就可以与其他进程进行通信;
2 创建SystemServiceManager。其用于对系统的服务进行创建、启动和生命周期管理;

3 启动各种系统服务。BootstrapServices(AMS、PMS等),CoreServices(BatteryService、WebViewUpdateService等),OtherServices(CameraSevice、AudioService、WindowManagerService等)。
//com.android.internal.os ZygoteInit.main private static void
handleSystemServerProcess( ZygoteConnection.Arguments parsedArgs) throws
Zygote.MethodAndArgsCaller { ... if (parsedArgs.invokeWith != null) { ... }
else { ClassLoader cl = null; if (systemServerClasspath != null) { 1. 创建了
PathClassLoader cl = createPathClassLoader(systemServerClasspath,
parsedArgs.targetSdkVersion); Thread.currentThread().setContextClassLoader(cl);
} 2. 调用自己的 zygoteInit 函数 ZygoteInit.zygoteInit(parsedArgs.targetSdkVersion,
parsedArgs.remainingArgs, cl); } /* should never reach here */ }
我们来看ZygoteInit.zygoteInit的方法
// com.android.internal.os ZygoteInit public static final void zygoteInit(int
targetSdkVersion, String[] argv, ClassLoader classLoader) throws
Zygote.MethodAndArgsCaller { if (RuntimeInit.DEBUG) { Slog.d(RuntimeInit.TAG,
"RuntimeInit: Starting application from zygote"); }
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "ZygoteInit");
RuntimeInit.redirectLogStreams(); RuntimeInit.commonInit(); 1. 启动 Binder 线程池
ZygoteInit.nativeZygoteInit(); 2. 进入 SystemServer 的 main 方法
RuntimeInit.applicationInit(targetSdkVersion, argv, classLoader); }
ZygoteInit. zygoteInit的中 

1 用于启动 Binder 线程池,这样 SystemServer 就能通过 Binder 与其它进程进行通信

2 反射调用 SystemServer main 函数。

看RuntimeInit.applicationInit
//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); } private static void invokeStaticMain(String
className, String[] argv, ClassLoader classLoader) throws
Zygote.MethodAndArgsCaller { Class<?> cl; try { 1. 通过
className(com.android.server.SystemServer )反射得到SystemServer 类 className 通过 AMS
等其它地方传递过来的,并不是唯一 cl = Class.forName(className, true, classLoader); } catch
(ClassNotFoundException ex) { throw new RuntimeException( "Missing class when
invoking static main " + className, ex); } Method m; try { 2. 拿到 SystemServer
main 函数 m = cl.getMethod("main", new Class[] { String[].class }); } catch
(NoSuchMethodException ex) { ... } catch (SecurityException ex) { ... } int
modifiers = m.getModifiers(); if (! (Modifier.isStatic(modifiers) &&
Modifier.isPublic(modifiers))) { ... } 3. 将 m 、argv 传入
MethodAndArgsCaller,然后抛一个异常,并在 ZygoteInit.main 中进行捕获异常 throw new
Zygote.MethodAndArgsCaller(m, argv); }
3位置处异常是在 ZygoteInit.java main 函数进行捕获
//com.android.internal.os ZygoteInit.java public static void main(String
argv[]) { ... if (startSystemServer) { 1. 启动 SystemServer 进程
startSystemServer(abiList, socketName, zygoteServer); } .... 2. 捕获异常 } catch
(Zygote.MethodAndArgsCaller caller) { 3. 执行 run 函数 caller.run(); } catch
(Throwable ex) { Log.e(TAG, "System zygote died with exception", ex);
zygoteServer.closeServerSocket(); throw ex; } }
现在来看3处的  caller.run();
com.android.internal.os Zygote.java public static class MethodAndArgsCaller
extends Exception implements Runnable { public void run() { try { 这里就开始执行
SystemServer main 方法了 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); } } }
我们再看SystemServer.java main()的Main实现
//com.android.server SystemServer.java public static void main(String[] args)
{ //调用内部 run 函数 new SystemServer().run(); } //com.android.server
SystemServer.java private void run() { try { ... 创建 主线程的消息 Looper
Looper.prepareMainLooper(); // Initialize native services. 1. 加载动态库
libandroid_servers .so System.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(); 2. 创建 SystemServiceManager 它会对系统服务进行创建、启动和生命周期管理
mSystemServiceManager = new SystemServiceManager(mSystemContext);
mSystemServiceManager.setRuntimeRestarted(mRuntimeRestart);
LocalServices.addService(SystemServiceManager.class, mSystemServiceManager); //
Prepare the thread pool for init tasks that can be parallelized
SystemServerInitThreadPool.get(); } finally { traceEnd(); //
InitBeforeStartServices } // Start services. try {
traceBeginAndSlog("StartServices"); 3. SystemServiceManager启动了 AMS
、PowerMS、PackageMS 等服务 startBootstrapServices(); 4. 启动了
DropBoxManagerService、BatteryService、UsageStatsService 和 WebViewUpdateService
startCoreServices(); 5. 启动了CameraService、AlarmManagerService、VrManagerService
等服务。 startOtherServices(); SystemServerInitThreadPool.shutdown(); } catch
(Throwable ex) { Slog.e("System",
"******************************************"); Slog.e("System", "************
Failure starting system services", ex); throw ex; } finally { traceEnd(); } ...
// Loop forever. Looper.loop(); throw new RuntimeException("Main thread loop
unexpectedly exited"); }
上面代码可以总结如下

  1 创建消息 Looper

  2 加载动态库 libandroid_servers .so

  3 创建 SystemServiceManager 它会对系统服务进行创建、启动和生命周期管理

  4 通过 SystemServiceManager 启动 AMS 、PowerMS、PackageMS 等服务

  5 启动 DropBoxManagerService、BatteryService、UsageStatsService 和
WebViewUpdateService 等核心服务,他们父类都是 SystemServer

  6 启动 CameraService、AlarmManagerService、VrManagerService 等服务

 

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