Android系统启动流程（三）解析SyetemServer进程启动过程
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前言
上一篇我们学习了Zygote进程，并且知道Zygote进程启动了SyetemServer进程，那么这一篇我们就来学习Android7.0版本的SyetemServer进程的启动过程。
1.Zygote启动SyetemServer进程
在上一篇文章中我们讲到在ZygoteInit.java的startSystemServer函数中启动了SyetemServer进程，如下所示。
frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
private static boolean startSystemServer(String abiList, String socketName)
throws MethodAndArgsCaller, RuntimeException {
...
if (pid == 0) {
if (hasSecondZygote(abiList)) {
waitForSecondaryZygote(socketName);
}
handleSystemServerProcess(parsedArgs);
}
return true;
}在startSystemServer函数中调用handleSystemServerProcess来启动SyetemServer进程。
2.SyetemServer进程启动过程
handleSystemServerProcess函数的代码如下所示。
private static void handleSystemServerProcess(
ZygoteConnection.Arguments parsedArgs)
throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
closeServerSocket();//1
...
if (parsedArgs.invokeWith != null) {
...
} else {
ClassLoader cl = null;
if (systemServerClasspath != null) {
cl = createSystemServerClassLoader(systemServerClasspath,
parsedArgs.targetSdkVersion);
Thread.currentThread().setContextClassLoader(cl);
}
RuntimeInit.zygoteInit(parsedArgs.targetSdkVersion, parsedArgs.remainingArgs, cl);//2
}
}SyetemServer进程是复制了Zygote进程的地址空间，因此也会得到Zygote进程创建的Socket，这个Socket对于SyetemServer进程没有用处，因此，需要注释1处的代码来关闭该Socket。在注释2处调用RuntimeInit的zygoteInit函数，它的代码如下所示。
frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/RuntimeInit.java
public static final void zygoteInit(int targetSdkVersion, String[] argv, ClassLoader classLoader)
throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
if (DEBUG) Slog.d(TAG, "RuntimeInit: Starting application from zygote");
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "RuntimeInit");
redirectLogStreams();
commonInit();
nativeZygoteInit();//1
applicationInit(targetSdkVersion, argv, classLoader);//2
}注释1处调用nativeZygoteInit函数，一看函数的名称就知道调用Native层的代码。
启动Binder线程池
接着我们来查看nativeZygoteInit函数对用的JNI文件，如下所示。
frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp
static const JNINativeMethod gMethods[] = {
{ "nativeFinishInit", "()V",
(void*) com_android_internal_os_RuntimeInit_nativeFinishInit },
{ "nativeZygoteInit", "()V",
(void*) com_android_internal_os_RuntimeInit_nativeZygoteInit },
{ "nativeSetExitWithoutCleanup", "(Z)V",
(void*) com_android_internal_os_RuntimeInit_nativeSetExitWithoutCleanup },
};通过JNI的gMethods数组，可以看出nativeZygoteInit函数对应的是JNI文件AndroidRuntime.cpp的com_android_internal_os_RuntimeInit_nativeZygoteInit函数：
...
static AndroidRuntime* gCurRuntime = NULL;
...
static void com_android_internal_os_RuntimeInit_nativeZygoteInit(JNIEnv* env, jobject clazz)
{
gCurRuntime->onZygoteInit();
}
这里gCurRuntime是AndroidRuntime类型的指针，AndroidRuntime的子类AppRuntime在app_main.cpp中定义，我们来查看AppRuntime的onZygoteInit函数，代码如下所示。
frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp
virtual void onZygoteInit()
{
sp<ProcessState> proc = ProcessState::self();
ALOGV("App process: starting thread pool.\n");
proc->startThreadPool();//1
}注释1处的代码用来启动一个Binder线程池，这样SyetemServer进程就可以使用Binder来与其他进程进行通信了。看到这里我们知道RuntimeInit.java的nativeZygoteInit函数主要做的就是启动Binder线程池。
invokeStaticMain
我们再回到RuntimeInit.java的代码，在注释2处调用了applicationInit函数，代码如下所示。
frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/RuntimeInit.java
private static void applicationInit(int targetSdkVersion, String[] argv, ClassLoader classLoader)
throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
...
invokeStaticMain(args.startClass, args.startArgs, classLoader);
}applicationInit函数中主要调用了invokeStaticMain函数：
private static void invokeStaticMain(String className, String[] argv, ClassLoader classLoader)
throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
Class cl;
try {
cl = Class.forName(className, true, classLoader);//1
} catch (ClassNotFoundException ex) {
throw new RuntimeException(
"Missing class when invoking static main " + className,
ex);
}
Method m;
try {
m = cl.getMethod("main", new Class[] { String[].class });//2
} catch (NoSuchMethodException ex) {
throw new RuntimeException(
"Missing static main on " + className, ex);
} catch (SecurityException ex) {
throw new RuntimeException(
"Problem getting static main on " + className, ex);
}
int modifiers = m.getModifiers();
if (! (Modifier.isStatic(modifiers) && Modifier.isPublic(modifiers))) {
throw new RuntimeException(
"Main method is not public and static on " + className);
}
throw new ZygoteInit.MethodAndArgsCaller(m, argv);//3
}注释1处className为“com.android.server.SystemServer”，因此通过反射返回的cl为SystemServer类。注释2处找到SystemServer中的main函数。在注释3处将找到的main函数传入到MethodAndArgsCaller异常中并抛出该异常。截获MethodAndArgsCaller异常的代码在ZygoteInit.java的main函数中，如下所示。
frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
public static void main(String argv[]) {
...
closeServerSocket();
} catch (MethodAndArgsCaller caller) {
caller.run();//1
} catch (RuntimeException ex) {
Log.e(TAG, "Zygote died with exception", ex);
closeServerSocket();
throw ex;
}
}在注释1处调用了MethodAndArgsCaller的run函数：
public void run() {
try {
mMethod.invoke(null, new Object[] { mArgs });
} catch (IllegalAccessException ex) {
...
}
}
}这里mMethod指的就是SystemServer的main函数，因此main函数被动态调用。
3.解析SyetemServer进程
我们先来查看SystemServer的main函数：
frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
public static void main(String[] args) {
new SystemServer().run();
}main函数中只调用了SystemServer的run函数，如下所示。
private void run() {
...
System.loadLibrary("android_servers");//1
...
mSystemServiceManager = new SystemServiceManager(mSystemContext);//2
LocalServices.addService(SystemServiceManager.class, mSystemServiceManager);
...
try {
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_SYSTEM_SERVER, "StartServices");
startBootstrapServices();//3
startCoreServices();//4
startOtherServices();//5
} catch (Throwable ex) {
Slog.e("System", "******************************************");
Slog.e("System", "************ Failure starting system services", ex);
throw ex;
} finally {
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_SYSTEM_SERVER);
}
...
}run函数代码很多，关键就是在注释1处加载了libandroid_servers.so。接下来在注释2处创建SystemServiceManager，它会对系统的服务进行创建、启动和生命周期管理。启动系统的各种服务，在注释3中的startBootstrapServices函数中用SystemServiceManager启动了ActivityManagerService、PowerManagerService、PackageManagerService等服务。在注释4处的函数中则启动了BatteryService、UsageStatsService和WebViewUpdateService。注释5处的startOtherServices函数中则启动了CameraService、AlarmManagerService、VrManagerService等服务，这些服务的父类为SystemService。从注释3、4、5的函数可以看出，官方把系统服务分为了三种类型，分别是引导服务、核心服务和其他服务，其中其他服务为一些非紧要和一些不需要立即启动的服务。系统服务大约有80多个，这里列出部分系统服务以及它们的作用如下表所示：
| 引导服务 | 作用 |
|---|---|
| Installer | 系统安装apk时的一个服务类，启动完成Installer服务之后才能启动其他的系统服务 |
| ActivityManagerService | 负责四大组件的启动、切换、调度。 |
| PowerManagerService | 计算系统中和Power相关的计算，然后决策系统应该如何反应 |
| LightsService | 管理和显示背光LED |
| DisplayManagerService | 用来管理所有显示设备 |
| UserManagerService | 多用户模式管理 |
| SensorService | 为系统提供各种感应器服务 |
| PackageManagerService | 用来对apk进行安装、解析、删除、卸载等等操作 |
| 核心服务 | |
| BatteryService | 管理电池相关的服务 |
| UsageStatsService | 收集用户使用每一个APP的频率、使用时常 |
| WebViewUpdateService | WebView更新服务 |
| 其他服务 | |
| CameraService | 摄像头相关服务 |
| AlarmManagerService | 全局定时器管理服务 |
| InputManagerService | 管理输入事件 |
| WindowManagerService | 窗口管理服务 |
| VrManagerService | VR模式管理服务 |
| BluetoothService | 蓝牙管理服务 |
| NotificationManagerService | 通知管理服务 |
| DeviceStorageMonitorService | 存储相关管理服务 |
| LocationManagerService | 定位管理服务 |
| AudioService | 音频相关管理服务 |
| … | …. |
比如要启动PowerManagerService则会调用如下代码：
mPowerManagerService = mSystemServiceManager.startService(PowerManagerService.class);SystemServiceManager的startService函数启动了PowerManagerService，startService函数如下所示。
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/SystemServiceManager.java
public <T extends SystemService> T startService(Class<T> serviceClass) {
...
final T service;
try {
Constructor<T> constructor = serviceClass.getConstructor(Context.class);
service = constructor.newInstance(mContext);//1
} catch (InstantiationException ex) {
throw new RuntimeException("Failed to create service " + name
+ ": service could not be instantiated", ex);
}
...
// Register it.
mServices.add(service);//2
// Start it.
try {
service.onStart();
} catch (RuntimeException ex) {
throw new RuntimeException("Failed to start service " + name
+ ": onStart threw an exception", ex);
}
return service;
} finally {
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_SYSTEM_SERVER);
}
}注释1处的代码用来创建SystemService，这里的SystemService是PowerManagerService，在注释2处将PowerManagerService添加到mServices中，这里mServices是一个存储SystemService类型的ArrayList。接着调用PowerManagerService的onStart函数启动PowerManagerService并返回，这样就完成了PowerManagerService启动的过程。
除了用mSystemServiceManager的startService函数来启动系统服务外，也可以通过如下形式来启动系统服务，以PackageManagerService为例：
mPackageManagerService = PackageManagerService.main(mSystemContext, installer,
mFactoryTestMode != FactoryTest.FACTORY_TEST_OFF, mOnlyCore);直接调用了PackageManagerService的main函数：
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/pm/PackageManagerService.java
public static PackageManagerService main(Context context, Installer installer,
boolean factoryTest, boolean onlyCore) {
// Self-check for initial settings.
PackageManagerServiceCompilerMapping.checkProperties();
PackageManagerService m = new PackageManagerService(context, installer,
factoryTest, onlyCore);//1
m.enableSystemUserPackages();
// Disable any carrier apps. We do this very early in boot to prevent the apps from being
// disabled after already being started.
CarrierAppUtils.disableCarrierAppsUntilPrivileged(context.getOpPackageName(), m,
UserHandle.USER_SYSTEM);
ServiceManager.addService("package", m);//2
return m;
}注释1处直接创建PackageManagerService并在注释2处将PackageManagerService注册到ServiceManager中，ServiceManager用来管理系统中的各种Service，用于系统C/S架构中的Binder机制通信：Client端要使用某个Service，则需要先到ServiceManager查询Service的相关信息，然后根据Service的相关信息与Service所在的Server进程建立通讯通路，这样Client端就可以使用Service了。还有的服务是直接注册到ServiceManager中的，如下所示。
frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
telephonyRegistry = new TelephonyRegistry(context);
ServiceManager.addService("telephony.registry", telephonyRegistry);4.总结SyetemServer进程
SyetemServer在启动时做了如下工作：
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。
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