转载自:http://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/6768304
在Android系统中,所有的应用程序进程以及系统服务进程SystemServer都是由Zygote进程孕育(fork)出来的,这也许就是为什么要把它称为Zygote(受精卵)的原因吧。由于Zygote进程在Android系统中有着如此重要的地位,本文将详细分析它的启动过程。
在前面一篇文章Android应用程序进程启动过程的源代码分析中,我们看到了,当ActivityManagerService启动一个应用程序的时候,就会通过Socket与Zygote进程进行通信,请求它fork一个子进程出来作为这个即将要启动的应用程序的进程;在前面两篇文章Android应用程序安装过程源代码分析和Android系统默认Home应用程序(Launcher)的启动过程源代码分析中,我们又看到了,系统中的两个重要服务PackageManagerService和ActivityManagerService,都是由SystemServer进程来负责启动的,而SystemServer进程本身是Zygote进程在启动的过程中fork出来的。
我们知道,Android系统是基于Linux内核的,而在Linux系统中,所有的进程都是init进程的子孙进程,也就是说,所有的进程都是直接或者间接地由init进程fork出来的。Zygote进程也不例外,它是在系统启动的过程,由init进程创建的。在系统启动脚本system/core/rootdir/init.rc文件中,我们可以看到启动Zygote进程的脚本命令:
-
service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server
-
socket zygote stream 666
-
onrestart write /sys/android_power/request_state wake
-
onrestart write /sys/power/state on
-
onrestart restart media
-
onrestart restart netd
前面的关键字service告诉init进程创建一个名为"zygote"的进程,这个zygote进程要执行的程序是/system/bin/app_process,后面是要传给app_process的参数。
接下来的socket关键字表示这个zygote进程需要一个名称为"zygote"的socket资源,这样,系统启动后,我们就可以在/dev/socket目录下看到有一个名为zygote的文件。这里定义的socket的类型为unix domain socket,它是用来作本地进程间通信用的,具体可以参考前面一篇文章Android学习启动篇提到的一书《Linux内核源代码情景分析》的第七章--基于socket的进程间通信。前面我们说到的ActivityManagerService就是通这个socket来和zygote进程通信请求fork一个应用程序进程的了。
最后的一系列onrestart关键字表示这个zygote进程重启时需要执行的命令。
关于init.rc文件的更多信息,请参考system/core/init/readme.txt文件。
了解了这个信息之后,我们就知道Zygote进程要执行的程序便是system/bin/app_process了,它的源代码位于frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp文件中,入口函数是main。在继续分析Zygote进程启动的过程之前,我们先来看看它的启动序列图:
![Android源码解析之Zygote启动过程的源代码分析 Android源码解析之Zygote启动过程的源代码分析](/default/index/img?u=aHR0cHM6Ly9waWFuc2hlbi5jb20vaW1hZ2VzLzU3NS8wMmRjZTMwZGYwZTE2NjI2MDM2OWIzZGY2ODZkZWJkNy5KUEVH)
下面我们就详细分析每一个步骤。
Step 1. app_process.main
这个函数定义在frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp文件中:
-
int main(int argc, const char* const argv[])
-
{
-
// These are global variables in ProcessState.cpp
-
mArgC = argc;
-
mArgV = argv;
-
-
mArgLen = 0;
-
for (int i=0; i<argc; i++) {
-
mArgLen += strlen(argv[i]) + 1;
-
}
-
mArgLen--;
-
-
AppRuntime runtime;
-
const char *arg;
-
argv0 = argv[0];
-
-
// Process command line arguments
-
// ignore argv[0]
-
argc--;
-
argv++;
-
-
// Everything up to '--' or first non '-' arg goes to the vm
-
-
int i = runtime.addVmArguments(argc, argv);
-
-
// Next arg is parent directory
-
if (i < argc) {
-
runtime.mParentDir = argv[i++];
-
}
-
-
// Next arg is startup classname or "--zygote"
-
if (i < argc) {
-
arg = argv[i++];
-
if (0 == strcmp("--zygote", arg)) {
-
bool startSystemServer = (i < argc) ?
-
strcmp(argv[i], "--start-system-server") == 0 : false;
-
setArgv0(argv0, "zygote");
-
set_process_name("zygote");
-
runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit",
-
startSystemServer);
-
} else {
-
set_process_name(argv0);
-
-
runtime.mClassName = arg;
-
-
// Remainder of args get passed to startup class main()
-
runtime.mArgC = argc-i;
-
runtime.mArgV = argv+i;
-
-
LOGV("App process is starting with pid=%d, class=%s.\n",
-
getpid(), runtime.getClassName());
-
runtime.start();
-
}
-
} else {
-
LOG_ALWAYS_FATAL("app_process: no class name or --zygote supplied.");
-
fprintf(stderr, "Error: no class name or --zygote supplied.\n");
-
app_usage();
-
return 10;
-
}
-
-
}
这个函数的主要作用就是创建一个AppRuntime变量,然后调用它的start成员函数。AppRuntime这个类我们在Android应用程序进程启动过程的源代码分析一文中已经有过介绍了,它同样是在frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp文件中定义:
-
class AppRuntime : public AndroidRuntime
-
{
-
......
-
};
它约继承于AndroidRuntime类, AndroidRuntime类定义在frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp文件中:
-
......
-
-
static AndroidRuntime* gCurRuntime = NULL;
-
-
......
-
-
AndroidRuntime::AndroidRuntime()
-
{
-
......
-
-
assert(gCurRuntime == NULL); // one per process
-
gCurRuntime = this;
-
}
当AppRuntime对象创建时,会调用其父类AndroidRuntime的构造函数,而在AndroidRuntime类的构造函数里面,会将this指针保存在静态全局变量gCurRuntime中,这样,当其它地方需要使用这个AppRuntime对象时,就可以通过同一个文件中的这个函数来获取这个对象的指针:
-
AndroidRuntime* AndroidRuntime::getRuntime()
-
{
-
return gCurRuntime;
-
}
回到上面的main函数中,由于我们在init.rc文件中,设置了app_process启动参数--zygote和--start-system-server,因此,在main函数里面,最终会执行下面语句:
-
runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit",
-
rtSystemServer);
这里的参数startSystemServer为true,表示要启动SystemServer组件。由于AppRuntime没有实现自己的start函数,它继承了父类AndroidRuntime的start函数,因此,下面会执行AndroidRuntime类的start函数。
Step 2. AndroidRuntime.start
这个函数定义在frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp文件中:
-
/*
-
* Start the Android runtime. This involves starting the virtual machine
-
* and calling the "static void main(String[] args)" method in the class
-
* named by "className".
-
*/
-
void AndroidRuntime::start(const char* className, const bool startSystemServer)
-
{
-
......
-
-
char* slashClassName = NULL;
-
char* cp;
-
JNIEnv* env;
-
-
......
-
-
/* start the virtual machine */
-
if (startVm(&mJavaVM, &env) != 0)
-
goto bail;
-
-
/*
-
* Register android functions.
-
*/
-
if (startReg(env) < 0) {
-
LOGE("Unable to register all android natives\n");
-
goto bail;
-
}
-
-
/*
-
* We want to call main() with a String array with arguments in it.
-
* At present we only have one argument, the class name. Create an
-
* array to hold it.
-
*/
-
jclass stringClass;
-
jobjectArray strArray;
-
jstring classNameStr;
-
jstring startSystemServerStr;
-
stringClass = env->FindClass("java/lang/String");
-
assert(stringClass != NULL);
-
strArray = env->NewObjectArray(2, stringClass, NULL);
-
assert(strArray != NULL);
-
classNameStr = env->NewStringUTF(className);
-
assert(classNameStr != NULL);
-
env->SetObjectArrayElement(strArray, 0, classNameStr);
-
startSystemServerStr = env->NewStringUTF(startSystemServer ?
-
"true" : "false");
-
env->SetObjectArrayElement(strArray, 1, startSystemServerStr);
-
-
/*
-
* Start VM. This thread becomes the main thread of the VM, and will
-
* not return until the VM exits.
-
*/
-
jclass startClass;
-
jmethodID startMeth;
-
-
slashClassName = strdup(className);
-
for (cp = slashClassName; *cp != '\0'; cp++)
-
if (*cp == '.')
-
*cp = '/';
-
-
startClass = env->FindClass(slashClassName);
-
if (startClass == NULL) {
-
......
-
} else {
-
startMeth = env->GetStaticMethodID(startClass, "main",
-
"([Ljava/lang/String;)V");
-
if (startMeth == NULL) {
-
......
-
} else {
-
env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);
-
......
-
}
-
}
-
-
......
-
}
这个函数的作用是启动Android系统运行时库,它主要做了三件事情,一是调用函数startVM启动虚拟机,二是调用函数startReg注册JNI方法,三是调用了com.android.internal.os.ZygoteInit类的main函数。
Step 3. ZygoteInit.main
这个函数定义在frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java文件中:
-
public class ZygoteInit {
-
......
-
-
public static void main(String argv[]) {
-
try {
-
......
-
-
registerZygoteSocket();
-
-
......
-
-
......
-
-
if (argv[1].equals("true")) {
-
startSystemServer();
-
} else if (!argv[1].equals("false")) {
-
......
-
}
-
-
......
-
-
if (ZYGOTE_FORK_MODE) {
-
......
-
} else {
-
runSelectLoopMode();
-
}
-
-
......
-
} catch (MethodAndArgsCaller caller) {
-
......
-
} catch (RuntimeException ex) {
-
......
-
}
-
}
-
-
......
-
}
它主要作了三件事情,一个调用registerZygoteSocket函数创建了一个socket接口,用来和ActivityManagerService通讯,二是调用startSystemServer函数来启动SystemServer组件,三是调用runSelectLoopMode函数进入一个无限循环在前面创建的socket接口上等待ActivityManagerService请求创建新的应用程序进程。
Step 4. ZygoteInit.registerZygoteSocket
这个函数定义在frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java文件中:
-
public class ZygoteInit {
-
......
-
-
/**
-
* Registers a server socket for zygote command connections
-
*
-
* @throws RuntimeException when open fails
-
*/
-
private static void registerZygoteSocket() {
-
if (sServerSocket == null) {
-
int fileDesc;
-
try {
-
String env = System.getenv(ANDROID_SOCKET_ENV);
-
fileDesc = Integer.parseInt(env);
-
} catch (RuntimeException ex) {
-
......
-
}
-
-
try {
-
sServerSocket = new LocalServerSocket(
-
createFileDescriptor(fileDesc));
-
} catch (IOException ex) {
-
.......
-
}
-
}
-
}
-
-
......
-
}
这个socket接口是通过文件描述符来创建的,这个文件描符代表的就是我们前面说的/dev/socket/zygote文件了。这个文件描述符是通过环境变量ANDROID_SOCKET_ENV得到的,它定义为:
-
public class ZygoteInit {
-
......
-
-
private static final String ANDROID_SOCKET_ENV = "ANDROID_SOCKET_zygote";
-
-
......
-
}
那么,这个环境变量的值又是由谁来设置的呢?我们知道,系统启动脚本文件system/core/rootdir/init.rc是由init进程来解释执行的,而init进程的源代码位于system/core/init目录中,在init.c文件中,是由service_start函数来解释init.rc文件中的service命令的:
-
void service_start(struct service *svc, const char *dynamic_args)
-
{
-
......
-
-
pid_t pid;
-
-
......
-
-
pid = fork();
-
-
if (pid == 0) {
-
struct socketinfo *si;
-
-
......
-
-
for (si = svc->sockets; si; si = si->next) {
-
int socket_type = (
-
!strcmp(si->type, "stream") ? SOCK_STREAM :
-
(!strcmp(si->type, "dgram") ? SOCK_DGRAM : SOCK_SEQPACKET));
-
int s = create_socket(si->name, socket_type,
-
si->perm, si->uid, si->gid);
-
if (s >= 0) {
-
publish_socket(si->name, s);
-
}
-
}
-
-
......
-
}
-
-
......
-
}
每一个service命令都会促使init进程调用fork函数来创建一个新的进程,在新的进程里面,会分析里面的socket选项,对于每一个socket选项,都会通过create_socket函数来在/dev/socket目录下创建一个文件,在这个场景中,这个文件便是zygote了,然后得到的文件描述符通过publish_socket函数写入到环境变量中去:
-
static void publish_socket(const char *name, int fd)
-
{
-
char key[64] = ANDROID_SOCKET_ENV_PREFIX;
-
char val[64];
-
-
strlcpy(key + sizeof(ANDROID_SOCKET_ENV_PREFIX) - 1,
-
name,
-
sizeof(key) - sizeof(ANDROID_SOCKET_ENV_PREFIX));
-
snprintf(val, sizeof(val), "%d", fd);
-
add_environment(key, val);
-
-
/* make sure we don't close-on-exec */
-
fcntl(fd, F_SETFD, 0);
-
}
这里传进来的参数name值为"zygote",而ANDROID_SOCKET_ENV_PREFIX在system/core/include/cutils/sockets.h定义为:
-
#define ANDROID_SOCKET_ENV_PREFIX "ANDROID_SOCKET_"
因此,这里就把上面得到的文件描述符写入到以"ANDROID_SOCKET_zygote"为key值的环境变量中。又因为上面的ZygoteInit.registerZygoteSocket函数与这里创建socket文件的create_socket函数是运行在同一个进程中,因此,上面的ZygoteInit.registerZygoteSocket函数可以直接使用这个文件描述符来创建一个Java层的LocalServerSocket对象。如果其它进程也需要打开这个/dev/socket/zygote文件来和Zygote进程进行通信,那就必须要通过文件名来连接这个LocalServerSocket了,参考Android应用程序进程启动过程的源代码分析一文中的Step
4,ActivityManagerService是通过Process.start函数来创建一个新的进程的,而Process.start函数会首先通过Socket连接到Zygote进程中,最终由Zygote进程来完成创建新的应用程序进程,而Process类是通过openZygoteSocketIfNeeded函数来连接到Zygote进程中的Socket的:
-
public class Process {
-
......
-
-
private static void openZygoteSocketIfNeeded()
-
throws ZygoteStartFailedEx {
-
-
......
-
-
for (int retry = 0
-
; (sZygoteSocket == null) && (retry < (retryCount + 1))
-
; retry++ ) {
-
-
......
-
-
try {
-
sZygoteSocket = new LocalSocket();
-
sZygoteSocket.connect(new LocalSocketAddress(ZYGOTE_SOCKET,
-
LocalSocketAddress.Namespace.RESERVED));
-
-
sZygoteInputStream
-
= new DataInputStream(sZygoteSocket.getInputStream());
-
-
sZygoteWriter =
-
new BufferedWriter(
-
new OutputStreamWriter(
-
sZygoteSocket.getOutputStream()),
-
256);
-
-
......
-
} catch (IOException ex) {
-
......
-
}
-
}
-
-
......
-
}
-
-
......
-
}
这里的ZYGOTE_SOCKET定义为:
-
public class Process {
-
......
-
-
private static final String ZYGOTE_SOCKET = "zygote";
-
-
......
-
}
它刚好就是对应/dev/socket目录下的zygote文件了。
Android系统中的socket机制和binder机制一样,都是可以用来进行进程间通信,读者可以自己对比一下这两者的不同之处,Binder进程间通信机制可以参考Android进程间通信(IPC)机制Binder简要介绍和学习计划一文。
Socket对象创建完成之后,回到Step 3中的ZygoteInit.main函数中,startSystemServer函数来启动SystemServer组件。
Step 5. ZygoteInit.startSystemServer
这个函数定义在frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java文件中:
-
public class ZygoteInit {
-
......
-
-
private static boolean startSystemServer()
-
throws MethodAndArgsCaller, RuntimeException {
-
/* Hardcoded command line to start the system server */
-
String args[] = {
-
"--setuid=1000",
-
"--setgid=1000",
-
"--setgroups=1001,1002,1003,1004,1005,1006,1007,1008,1009,1010,1018,3001,3002,3003",
-
"--capabilities=130104352,130104352",
-
"--runtime-init",
-
"--nice-name=system_server",
-
"com.android.server.SystemServer",
-
};
-
ZygoteConnection.Arguments parsedArgs = null;
-
-
int pid;
-
-
try {
-
parsedArgs = new ZygoteConnection.Arguments(args);
-
-
......
-
-
/* Request to fork the system server process */
-
pid = Zygote.forkSystemServer(
-
parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,
-
parsedArgs.gids, debugFlags, null,
-
parsedArgs.permittedCapabilities,
-
parsedArgs.effectiveCapabilities);
-
} catch (IllegalArgumentException ex) {
-
......
-
}
-
-
/* For child process */
-
if (pid == 0) {
-
handleSystemServerProcess(parsedArgs);
-
}
-
-
return true;
-
}
-
-
......
-
}
这里我们可以看到,Zygote进程通过Zygote.forkSystemServer函数来创建一个新的进程来启动SystemServer组件,返回值pid等0的地方就是新的进程要执行的路径,即新创建的进程会执行handleSystemServerProcess函数。
Step 6. ZygoteInit.handleSystemServerProcess
这个函数定义在frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java文件中:
-
public class ZygoteInit {
-
......
-
-
private static void handleSystemServerProcess(
-
ZygoteConnection.Arguments parsedArgs)
-
throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
-
closeServerSocket();
-
-
/*
-
* Pass the remaining arguments to SystemServer.
-
* "--nice-name=system_server com.android.server.SystemServer"
-
*/
-
RuntimeInit.zygoteInit(parsedArgs.remainingArgs);
-
/* should never reach here */
-
}
-
-
......
-
}
由于由Zygote进程创建的子进程会继承Zygote进程在前面Step 4中创建的Socket文件描述符,而这里的子进程又不会用到它,因此,这里就调用closeServerSocket函数来关闭它。这个函数接着调用RuntimeInit.zygoteInit函数来进一步执行启动SystemServer组件的操作。
Step 7. RuntimeInit.zygoteInit
这个函数定义在frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/RuntimeInit.java文件中:
-
public class RuntimeInit {
-
......
-
-
public static final void zygoteInit(String[] argv)
-
throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
-
......
-
-
zygoteInitNative();
-
-
......
-
-
-
// Remaining arguments are passed to the start class's static main
-
-
String startClass = argv[curArg++];
-
String[] startArgs = new String[argv.length - curArg];
-
-
System.arraycopy(argv, curArg, startArgs, 0, startArgs.length);
-
invokeStaticMain(startClass, startArgs);
-
}
-
-
......
-
}
这个函数会执行两个操作,一个是调用zygoteInitNative函数来执行一个Binder进程间通信机制的初始化工作,这个工作完成之后,这个进程中的Binder对象就可以方便地进行进程间通信了,另一个是调用上面Step 5传进来的com.android.server.SystemServer类的main函数。
Step 8. RuntimeInit.zygoteInitNative
这个函数定义在frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/RuntimeInit.java文件中:
-
public class RuntimeInit {
-
......
-
-
public static final native void zygoteInitNative();
-
-
......
-
}
这里可以看出,函数zygoteInitNative是一个Native函数,实现在frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp文件中,这里我们就不再细看了,具体可以参考Android应用程序进程启动过程的源代码分析一文的Step
9,完成这一步后,这个进程的Binder进程间通信机制基础设施就准备好了。
回到Step 7中的RuntimeInit.zygoteInitNative函数,下一步它就要执行com.android.server.SystemServer类的main函数了。
Step 9. SystemServer.main
这个函数定义在frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java文件中:
-
public class SystemServer
-
{
-
......
-
-
native public static void init1(String[] args);
-
-
......
-
-
public static void main(String[] args) {
-
......
-
-
init1(args);
-
-
......
-
}
-
-
public static final void init2() {
-
Slog.i(TAG, "Entered the Android system server!");
-
Thread thr = new ServerThread();
-
thr.setName("android.server.ServerThread");
-
thr.start();
-
}
-
-
......
-
}
这里的main函数首先会执行JNI方法init1,然后init1会调用这里的init2函数,在init2函数里面,会创建一个ServerThread线程对象来执行一些系统关键服务的启动操作,例如我们在前面两篇文章Android应用程序安装过程源代码分析和Android系统默认Home应用程序(Launcher)的启动过程源代码分析中提到的PackageManagerService和ActivityManagerService。 这一步的具体执行过程可以参考Android应用程序安装过程源代码分析一文,这里就不再详述了。
这里执行完成后,层层返回,最后回到上面的Step 3中的ZygoteInit.main函数中,接下来它就要调用runSelectLoopMode函数进入一个无限循环在前面Step 4中创建的socket接口上等待ActivityManagerService请求创建新的应用程序进程了。
Step 10. ZygoteInit.runSelectLoopMode
这个函数定义在frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java文件中:
-
public class ZygoteInit {
-
......
-
-
private static void runSelectLoopMode() throws MethodAndArgsCaller {
-
ArrayList<FileDescriptor> fds = new ArrayList();
-
ArrayList<ZygoteConnection> peers = new ArrayList();
-
FileDescriptor[] fdArray = new FileDescriptor[4];
-
-
fds.add(sServerSocket.getFileDescriptor());
-
peers.add(null);
-
-
int loopCount = GC_LOOP_COUNT;
-
while (true) {
-
int index;
-
-
......
-
-
-
try {
-
fdArray = fds.toArray(fdArray);
-
index = selectReadable(fdArray);
-
} catch (IOException ex) {
-
throw new RuntimeException("Error in select()", ex);
-
}
-
-
if (index < 0) {
-
throw new RuntimeException("Error in select()");
-
} else if (index == 0) {
-
ZygoteConnection newPeer = acceptCommandPeer();
-
peers.add(newPeer);
-
fds.add(newPeer.getFileDesciptor());
-
} else {
-
boolean done;
-
done = peers.get(index).runOnce();
-
-
if (done) {
-
peers.remove(index);
-
fds.remove(index);
-
}
-
}
-
}
-
}
-
-
......
-
}
这个函数我们已经在Android应用程序进程启动过程的源代码分析一文的Step
5中分析过了,这就是在等待ActivityManagerService来连接这个Socket,然后调用ZygoteConnection.runOnce函数来创建新的应用程序,有兴趣的读者可以参考Android应用程序进程启动过程的源代码分析这篇文章,这里就不再详述了。
这样,Zygote进程就启动完成了,学习到这里,我们终于都对Android系统中的进程有了一个深刻的认识了,这里总结一下:
1. 系统启动时init进程会创建Zygote进程,Zygote进程负责后续Android应用程序框架层的其它进程的创建和启动工作。
2. Zygote进程会首先创建一个SystemServer进程,SystemServer进程负责启动系统的关键服务,如包管理服务PackageManagerService和应用程序组件管理服务ActivityManagerService。
3. 当我们需要启动一个Android应用程序时,ActivityManagerService会通过Socket进程间通信机制,通知Zygote进程为这个应用程序创建一个新的进程。