深入浅出Android系统启动流程
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init进程启动过程
init进程概述
Android系统基于Linux，init进程是Android系统中用户空间的第一个进程，进程号为1，init源代码在system/core/init目录下。既然init进程是Android系统用户空间的第一个进程，因此担负着非常重要的责任，主要负责以下两件事：
- 解析配置init.rc，然后启动系统各种native进程，比如Zygote进程、SurfaceFlinger进程以及media进程等。
- 初始化并启动属性服务。
在init进程启动前还需要几个步骤：
- 启动电源以及系统启动：当电源按下时引导芯片代码从预定义的地方（固化在ROM）开始执行。加载引导程序BootLoader到RAM中，然后执行。
- 引导程序BootLoader：引导程序BootLoader是在Android操作系统开始运行前的一个小程序，它的主要作用是把系统OS拉起来并运行。
- Linux内核启动：当内核启动时，设置缓存、被保护存储器、计划列表、加载驱动。在内核完成系统设置后，它首先在系统文件中寻找init.rc文件，并启动init进程。
init进程的入口函数
init的入口函数是main，代码如下所示：
//路径：/system/core/init/init.cpp
int main(int argc, char** argv) {
//注释1
if (!strcmp(basename(argv[0]), "ueventd")) {
return ueventd_main(argc, argv);
}
//注释2
if (!strcmp(basename(argv[0]), "watchdogd")) {
return watchdogd_main(argc, argv);
}
//注释3
if (REBOOT_BOOTLOADER_ON_PANIC) {
install_reboot_signal_handlers();
}
...
}
注释1处判断当前进程是不是ueventd。init进程创建子进程ueventd，并将创建设备节点文件的工作托付给ueventd。ueventd主要是负责设备节点的创建、权限设定等一系列工作。服务通过使用uevent，监控驱动发送的消息，做进一步处理。
ueventd通过两种方式创建设备节点文件。
- “冷插拔”（Cold Plug），即以预先定义的设备信息为基础，当ueventd启动后，统一创建设备节点文件。这一类设备节点文件也被称为静态节点文件。
- “热插拔”（Hot Plug），即在系统运行中，当有设备插入USB端口时，ueventd就会接收到这一事件，为插入的设备动态创建设备节点文件。这一类设备节点文件也被称为动态节点文件。
注释2处判断当前进程是不是watchdogd。Android系统在长时间的运行下会面临各种软硬件的问题，为了解决这个问题，Android开发了WatchDog类作为软件看门狗来监控SystemServer中的线程，一旦发现问题，WatchDog会杀死SystemServer进程，SystemServer的父进程Zygote接收到SystemServer的死亡信号后，会杀死自己。Zygote进程死亡的信号传递到init进程后，init进程会杀死Zygote进程所有的子进程并重启Zygote。
注释3处判断是否紧急重启，如果是紧急重启，就安装对应的消息处理器。
//路径：/system/core/init/init.cpp
int main(int argc, char** argv) {
...
//注释1
add_environment("PATH", _PATH_DEFPATH);
//注释2
bool is_first_stage = (getenv("INIT_SECOND_STAGE") == nullptr);
if (is_first_stage) {
// 用于记录启动时间
boot_clock::time_point start_time = boot_clock::now();
// 清除屏蔽字(file mode creation mask)，保证新建的目录的访问权限不受屏蔽字影响
umask(0);
// 挂载tmpfs文件系统
mount("tmpfs", "/dev", "tmpfs", MS_NOSUID, "mode=0755");
mkdir("/dev/pts", 0755);
mkdir("/dev/socket", 0755);
// 挂载devpts文件系统
mount("devpts", "/dev/pts", "devpts", 0, NULL);
#define MAKE_STR(x) __STRING(x)
// 挂载proc文件系统
mount("proc", "/proc", "proc", 0, "hidepid=2,gid=" MAKE_STR(AID_READPROC));
//8.0新增, 收紧了cmdline目录的权限
chmod("/proc/cmdline", 0440);
// 8.0新增，增加了个用户组
gid_t groups[] = { AID_READPROC };
setgroups(arraysize(groups), groups);
// 挂载sysfs文件系统
mount("sysfs", "/sys", "sysfs", 0, NULL);
// 8.0新增
mount("selinuxfs", "/sys/fs/selinux", "selinuxfs", 0, NULL)
// 提前创建了kmsg设备节点文件，用于输出log信息
mknod("/dev/kmsg", S_IFCHR | 0600, makedev(1, 11));
mknod("/dev/random", S_IFCHR | 0666, makedev(1, 8));
mknod("/dev/urandom", S_IFCHR | 0666, makedev(1, 9));
...
}
...
}
注释1处添加环境变量。注释2处获取本次启动是否是系统启动的第一阶段，如果是第一阶段，进入下面的if语句中，创建并挂载相关的文件系统。
以上创建并挂载的五类文件系统分别如下所示：
-
tmpfs：一种虚拟内存文件系统，它会将所有的文件存储在虚拟内存中，如果你将tmpfs文件系统卸载后，那么其下的所有的内容将不复存在。tmpfs既可以使用RAM，也可以使用交换分区，会根据你的实际需要而改变大小。tmpfs的速度非常惊人，毕竟它是驻留在RAM中的，即使用了交换分区，性能仍然非常卓越。由于tmpfs是驻留在RAM的，因此它的内容是不持久的。断电后，tmpfs的内容就消失了，这也是被称作tmpfs的根本原因。
-
devpts：为伪终端提供了一个标准接口，它的标准挂接点是/dev/ pts。只要pty的主复合设备/dev/ptmx被打开，就会在/dev/pts下动态的创建一个新的pty设备文件。
-
proc：一个非常重要的虚拟文件系统，它可以看作是内核内部数据结构的接口，通过它我们可以获得系统的信息，同时也能够在运行时修改特定的内核参数。
-
sysfs：与proc文件系统类似，也是一个不占有任何磁盘空间的虚拟文件系统。它通常被挂接在/sys目录下。sysfs文件系统是Linux2.6内核引入的，它把连接在系统上的设备和总线组织成为一个分级的文件，使得它们可以在用户空间存取。
-
selinuxfs：用于支持SELinux的文件系统，SELinux提供了一套规则来编写安全策略文件，这套规则被称之为 SELinux Policy 语言。
//路径：/system/core/init/init.cpp
int main(int argc, char** argv) {
...
if (is_first_stage) {
...
//重定向输入输出/内核Log系统
InitKernelLogging(argv);
LOG(INFO) << "init first stage started!";
//挂在一些分区设备
if (!DoFirstStageMount()) {
LOG(ERROR) << "Failed to mount required partitions early ...";
panic();
}
//注释1
SetInitAvbVersionInRecovery();
//注释2
selinux_initialize(true);
...
}
...
}
注释1处初始化安全框架AVB（Android Verified Boot），AVB主要用于防止系统文件本身被篡改，还包含了防止系统回滚的功能，以免有人试图回滚系统并利用以前的漏洞。注释2处调用selinux_initialize启动SELinux。
//路径：/system/core/init/init.cpp
int main(int argc, char** argv) {
...
if (is_first_stage) {
...
}
...
//注释1
property_init();
...
//注释2
signal_handler_init();
...
//注释3
start_property_service();
...
}
注释1处通过property_init函数对属性服务进行初始化，注释3通过start_property_service函数启动属性服务。注释2处signal_handler_init设置子进程退出的信号处理函数，当子进程异常退出的时候，init进程会去捕获异常信息，当它捕获到这些异常信息之后，就会调用该函数设置的相应的捕获函数来处理。比如init进程的子进程Zygote死之后，init进程捕获到这些异常信息，就会调用handle_signal()函数去重启Zygote进程。
//路径：/system/core/init/init.cpp
int main(int argc, char** argv) {
...
if (is_first_stage) {
...
}
...
if (bootscript.empty()) {
//注释1
parser.ParseConfig("/init.rc");
...
} else {
...
}
...
while (true) {
...
ServiceManager::GetInstance().IsWaitingForExec())) {
//注释2
am.ExecuteOneCommand();
}
if (!(waiting_for_prop || ServiceManager::GetInstance().IsWaitingForExec())) {
//注释3
restart_processes();
...
}
...
}
return 0;
}
注释1处解析init.rc配置文件，在注释2处执行子进程对应的命令，也就是执行init.rc文件里配置的命令。在注释3处重启死掉的service。
解析init.rc
在init.rc中使用的语言称为Android Init Language，翻译过来就是“Android初始化语言”，init语言共有五种类型的表达式，分别如下所示：
- Action：Action中包含了一系列的Command。
- Command：init语言中的命令。
- Service：由init进程启动的服务。
- Option：对服务的配置选项。
- Import：引入其他配置文件。
Action表达式的语法如下所示：
on [&& ]*
这里的trigger是Action执行的触发器，当触发器条件满足时，command会被执行。触发器有如下两类：
- 事件触发器：当指定的事件发生时触发。事件可能由“trigger”命令发出，也可能是init进程通过QueueEventTrigger()函数发出。
- 属性触发器：当指定的属性满足某个值时触发。
Action中的Command是init语言定义的命令，所有支持的命令如下表：
| 命令 | 参数格式 | 说明 |
|---|---|---|
| bootchart_init | - | 启动bootchart |
| chmod | octal-mode path | 改变文件的访问权限 |
| chown | owner group path | 改变文件的拥有者和组 |
| class_start | serviceclass | 启动指定类别的服务 |
| class_stop | serviceclass | 停止并“disable”指定类别的服务 |
| class_reset | serviceclass | 停止指定类别的服务，但是不“disable”它们 |
| copy | src dst | 复制文件 |
| domainname | name | 设置域名 |
| enable | servicename | enable一个被disable的服务 |
| exec | [seclabel[user[group]]] – command [argument]* | fork一个子进程来执行指定的命令 |
| export | name value | 导出环境变量 |
| hostname | name | 设置host名称 |
| ifup | iterface | 使网卡在线 |
| insmod | path | 安装指定路径的模块 |
| load_all_props | - | 从/system、/vendor等路径载入属性 |
| load_persist_props | - | 载入持久化的属性 |
| loglevel | level | 设置内核的日志级别 |
| mkdir | path[mode][owner][group] | 创建目录 |
| mount_all | fstab[path]*[–option] | 挂载文件系统并且导入指定的.rc文件 |
| mount | typedevicedir[flag]*[options] | 挂载一个文件系统 |
| powerctl | - | 内部实现使用 |
| restart | service | 重启服务 |
| restorecon | path[path]* | 设定文件的安全上下文 |
| restorecon_recursive | path[path]* | restorecon的递归版本 |
| rm | path | 对于指定路径调用unlink(2) |
| rmdir | path | 删除文件夹 |
| setprop | namevalue | 设置属性值 |
| setrlimit | resourcecurmax | 指定资源的rlimit |
| start | service | 启动服务 |
| stop | service | 停止服务 |
| swapon_all | fstab | 在指定文件上调用fs_mgr_swapon_all |
| symlink | targetpath | 创建符合链接 |
| sysclktz | mins_west_of_gmt | 指定系统时钟基准 |
| trigger | event | 触发一个事件 |
| umount | path | ummount指定的文件系统 |
| verity_load_state | - | 内部实现使用 |
| verity_update_state | mount_point | 内部实现使用 |
| wait | path[timeout] | 等待某个文件存在直到超时，若存在则直接返回 |
| write | pathcontent | 写入内容到指定文件 |
Service是init进程启动的可执行程序，Service表达式的语法如下所示:
service [ ]*
Option是对服务的修饰，它们影响着init进程如何以及何时启动服务。所有支持的Option入下所示：
| Option | 参数格式 | 说明 |
|---|---|---|
| critical | - | 标识为系统关键服务，该服务若退出多次将导致系统重启到recovery模式 |
| disabled | - | 不会随着类别自动启动，必须明确start |
| setenv | name value | 为启动的进程设置环境变量 |
| socket | nametypeperm[user[group[seclabel]]] | 创建UNIX Domain Socket |
| user | username | 在执行服务之前切换用户 |
| group | groupname[groupname]* | 在执行服务之前切换组 |
| seclabel | seclabel | 在执行服务之前切换seclabel |
| oneshot | - | 一次性服务，死亡后不用重启 |
| class | name | 指定服务的类别 |
| onrestart | - | 当服务重启时执行命令 |
| writepid | file… | 写入子进程的pid到指定文件 |
import是一个关键字，而不是一个命令，可以在.rc文件中通过这个关键字来加载其他的.rc文件，它的语法如下：
import path
path可以是另一个.rc文件，也可以是一个文件夹。如果是文件夹，那么这个文件夹下面的所有文件都会被导入，但是它不会循环加载子目录中的文件。
启动Zygote
init.rc文件有如下配置代码：
...
import /init.${ro.zygote}.rc
...
on nonencrypted
class_start main
class_start late_start
...
在init.rc文件的开头使用了import类型语句来引入Zygote启动脚本，其中ro.zygote根据不同的内容引入不同的文件，从Android 5.0开始，Android开始支持64位程序，Zygote就有了32位和64位之分，如下图所示：
查看init.zygote64.rc的代码如下所示：
service zygote /system/bin/app_process64 -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server
class main
priority -20
user root
group root readproc
socket zygote stream 660 root system
onrestart write /sys/android_power/request_state wake
onrestart write /sys/power/state on
onrestart restart audioserver
onrestart restart cameraserver
onrestart restart media
onrestart restart netd
onrestart restart wificond
writepid /dev/cpuset/foreground/tasks
Service用于通知init进程创建名为zygote的进程，这个进程执行程序的路径为/system/bin/app_process64，后面的代码是传递给app_process64的参数，class main指的是Zygote的classname为main。在解析Service类型语句时会将Service对象加入Service链表中。
再回过头看init.rc配置文件：
...
import /init.${ro.zygote}.rc
...
on nonencrypted
class_start main
class_start late_start
...
class_start是一个command，对应的函数是do_class_start，用于启动classname为main的Service，也就是前面的Zygote，因此class_start main是用来启动Zygote的，do_class_start函数在builtins.cpp中定义，代码如下所示：
//路径：/system/core/init/builtins.cpp
static int do_class_start(const std::vector<std::string>& args) {
/* Starting a class does not start services
* which are explicitly disabled. They must
* be started individually.
*/
ServiceManager::GetInstance().
ForEachServiceInClass(args[1], [] (Service* s) { s->StartIfNotDisabled(); });
return 0;
}
ForEachServiceInClass函数会遍历Service链表，找到classname为main的Zygote，并执行StartIfNotDisabled函数，代码如下所示：
//路径：/system/core/init/service.cpp
bool Service::StartIfNotDisabled() {
if (!(flags_ & SVC_DISABLED)) {
return Start();
} else {
flags_ |= SVC_DISABLED_START;
}
return true;
}
如果Service没有在其对应的rc文件中设置disabled选项，就会调用Start函数，Start函数如下所示：
//路径：/system/core/init/service.cpp
bool Service::Start() {
...
pid_t pid = -1;
if (namespace_flags_) {
pid = clone(nullptr, nullptr, namespace_flags_ | SIGCHLD, nullptr);
} else {
//注释1
pid = fork();
}
if (pid == 0) {
...
//注释2
if (execve(strs[0], (char**) &strs[0], (char**) ENV) < 0) {
PLOG(ERROR) << "cannot execve('" << strs[0] << "')";
}
...
}
...
}
在注释1处通过fork函数创建子进程，并返回pid，如果pid为0说明当前代码逻辑在子线程中运行，接着执行注释2处的execve函数，来启动Service子进程，进入Service的main函数中，如果Service是Zygote，执行程序的路径是/system/bin/app_process64，对应的文件是app_main.cpp，也就是会进入app_main.cpp的main函数中。代码如下所示：
int main(int argc, char* const argv[])
{
...
while (i < argc) {
const char* arg = argv[i++];
if (strcmp(arg, "--zygote") == 0) {
//注释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) {
//注释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.");
}
}
在注释1处判断执行命令时是否带了–zygote，如果携带了，zygote赋值为true，接在注释2处判断如果zygote为true，就会通过runtime.start启动com.android.internal.os.ZygoteInit。
Zygote进程启动过程
在Android系统中，所有的应用程序及系统服务SystemServer进程都由Zygote进程通过Linux的for()函数孵化出来的，因此我们称Zygote是孵化器。
在前面知道了init启动Zygote的相关操作在app_main.cpp的main函数中的，代码如下：
int main(int argc, char* const argv[])
{
...
while (i < argc) {
const char* arg = argv[i++];
if (strcmp(arg, "--zygote") == 0) {
//注释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) {
//注释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.");
}
}
main函数中通过前面的if条件判断语句来区分当前运行在哪个进程，如果是Zygote进程，就会在注释1处将zygote赋值为true，同时执行注释2处的runtime的start函数。
Zygote进程孵化子进程是通过自己的资源复制一份，来fork一个新的子进程，也就是说子进程进入这个文件的main函数，因此，这里的main函数被调用并不只是Zygote启动的时候调用。既然子进程启动的时候同样被调用，那么怎么区分是被Zygote进程本身调用的还是它的子进程调用的呢？这里就通过zygote这个变量来区分，如果是Zygote进程本身，变量zygote为true，否则就会进入到下面的else if里，代表子进程启动。
runtime是一个AppRuntime对象，AppRuntime类继承AndroidRuntime类，因此前面调用的是AndroidRuntime的start函数，代码如下所示：
//路径：/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;
//启动Java虚拟机
if (startVm(&mJavaVM, &env, zygote) != 0) {
return;
}
onVmCreated(env);
//注册JNI方法
if (startReg(env) < 0) {
ALOGE("Unable to register all android natives\n");
return;
}
...
//注释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);
}
//将className中的“.”替换成“/”
//注释2
char* slashClassName = toSlashClassName(className);
//注释3
jclass startClass = env->FindClass(slashClassName);
if (startClass == NULL) {
...
} else {
//注释4
jmethodID startMeth = env->GetStaticMethodID(startClass, "main",
"([Ljava/lang/String;)V");
if (startMeth == NULL) {
...
} else {
//注释5
env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);
#if 0
if (env->ExceptionCheck())
threadExitUncaughtException(env);
#endif
}
}
...
}
AndroidRuntime的start函数主要做了以下几件事：
- 通过startVm函数启动Java虚拟机。
- 通过startReg函数注册JNI方法。
- 调用com.android.internal.os.ZygoteInit类的main函数。
其中注释1处的传递过来的className值是com.android.internal.os.ZygoteInit，在注释2处将className中的“.”全部替换为“/”，替换后的值是com/android/internal/os/ZygoteInit，在注释3处获取ZygoteInit类，在注释4处获取ZygoteInit的main方法，最后在注释5处通过JNI调用ZygoteInit的main方法，至此我们进入Java框架层。
ZygoteInit类的main方法如下所示：
//路径：/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
public static void main(String argv[]) {
ZygoteServer zygoteServer = new ZygoteServer();
...
try {
...
//注释1
zygoteServer.registerServerSocket(socketName);
if (!enableLazyPreload) {
...
//注释2
preload(bootTimingsTraceLog);
...
} else {
Zygote.resetNicePriority();
}
...
//注释3
if (startSystemServer) {
startSystemServer(abiList, socketName, zygoteServer);
}
//注释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;
}
}
ZygoteInit的main方法中，注释1处通过registerServerSocket方法创建一个Zygote的Socket接口用来和AMS通信。查看registerServerSocket方法：
//路径：/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteServer.java
void registerServerSocket(String socketName) {
if (mServerSocket == null) {
...
try {
...
//注释1
mServerSocket = new LocalServerSocket(fd);
} catch (IOException ex) {
throw new RuntimeException(
"Error binding to local socket '" + fileDesc + "'", ex);
}
}
}
注释1处创建了一个Java层的LocalServerSocket对象ServerSocket，用于等待创建新的应用程序进程请求连接。
ZygoteInit的main方法中，注释2处通过preload方法预加载类和资源，如果系统不预加载类和资源，每次启动一个应用程序都会去加载这些类和资源，那么启动应用程序的时间就会很长。
ZygoteInit的main方法中，注释3处通过startSystemServer方法启动SystemServer进程。查看startSystemServer方法：
//路径：/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
private static boolean startSystemServer(String abiList, String socketName, ZygoteServer zygoteServer)
throws Zygote.MethodAndArgsCaller, RuntimeException {
...
//注释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);
...
//注释2
pid = Zygote.forkSystemServer(
parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,
parsedArgs.gids,
parsedArgs.debugFlags,
null,
parsedArgs.permittedCapabilities,
parsedArgs.effectiveCapabilities);
} catch (IllegalArgumentException ex) {
throw new RuntimeException(ex);
}
//注释3
if (pid == 0) {
if (hasSecondZygote(abiList)) {
waitForSecondaryZygote(socketName);
}
zygoteServer.closeServerSocket();
//注释4
handleSystemServerProcess(parsedArgs);
}
return true;
}
注释1处args数组保存的是SystemServer的启动参数，最后封装成Arguments对象，在注释2处通过Zygote的forkSystemServer方法创建子进程，该方法内部会调用nativeForkSystemServer这个Native方法，nativeForkSystemServer方法最终通过fork函数创建一个子进程。在注释3处，判断pid是否等于0，如果等于0，说明当前的代码运行在新创建的子进程中，最后通过注释4处的handleSystemServerProcess方法启动SystemServer进程。
ZygoteInit的main方法中，注释4处调用runSlectLoop方法，通过前面创建的Socket接口，进入一个无限循环，等待核心服务ActivityManagerService请求创建新的应用程序进程。查看runSlectLoop方法：
//路径：/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;
}
//注释1处
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);
}
}
}
}
}
在注释1处，如果i==0，说明Zygote的Socket服务还没准备好，接下来通过acceptCommandPeer方法得到ZygoteConnection对象，并添加到Socket连接列表peers中，同时将这个ZygoteConnection的fd添加到fd列表fds中，以便可以接收到AMS发送过来的请求。如果i!=0，说明正在等待客户端来连接服务端的Socket，当AMS向Zygote进程发送一个创建应用程序进程的请求时，就会调用ZygoteConnection的runOnce()函数来创建应用程序进程的请求，成功创建后从Socket连接列表peers和fd列表中清除这个连接。
SystemServer进程
SystemServer进程主要用于创建系统服务，比如AMS、WMS和PMS都是由它来创建的，SystemServer进程与普通的应用程序进程运行在不同的进程里面，应用进程调用的API，很多都是通过Binder机制调用到SystemServer进程中对应的服务上的。
在ZygoteInit的main函数中通过startSystemServer函数来启动SystemServer进程。查看startSystemServer方法：
//路径：/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
private static boolean startSystemServer(String abiList, String socketName, ZygoteServer zygoteServer)
throws Zygote.MethodAndArgsCaller, RuntimeException {
...
//注释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);
...
//注释2
pid = Zygote.forkSystemServer(
parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,
parsedArgs.gids,
parsedArgs.debugFlags,
null,
parsedArgs.permittedCapabilities,
parsedArgs.effectiveCapabilities);
} catch (IllegalArgumentException ex) {
throw new RuntimeException(ex);
}
//注释3
if (pid == 0) {
if (hasSecondZygote(abiList)) {
waitForSecondaryZygote(socketName);
}
//注释5
zygoteServer.closeServerSocket();
//注释4
handleSystemServerProcess(parsedArgs);
}
return true;
}
这段代码在上面已经介绍过，最后通过handleSystemServerProcess方法启动SystemServer进程，由于SystemServer是Zygote进程fork出来的，SystemServer进程也有一份Socket，但这个Socket对SystemServer进程没有什么用处，因此通过注释5处关闭这个Socket。handleSystemServerProcess方法的代码如下所示：
//路径：/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
private static void handleSystemServerProcess(
ZygoteConnection.Arguments parsedArgs)
throws Zygote.MethodAndArgsCaller {
...
if (systemServerClasspath != null) {
...
} else {
...
//注释1
ZygoteInit.zygoteInit(parsedArgs.targetSdkVersion, parsedArgs.remainingArgs, cl);
}
}
在注释1处调用了ZygoteInit的zygoteInit方法，代码如下所示：
//路径：/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
public static final void zygoteInit(int targetSdkVersion, String[] argv,
ClassLoader classLoader) throws Zygote.MethodAndArgsCaller {
...
//注释1
ZygoteInit.nativeZygoteInit();
//注释2
RuntimeInit.applicationInit(targetSdkVersion, argv, classLoader);
}
private static final native void nativeZygoteInit();
在注释1处调用nativeZygoteInit方法来创建Binder线程池。注释2处调用RuntimeInit的applicationInit方法，代码如下所示：
//路径：/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);
}
applicationInit方法中调用了invokeStaticMain方法，如下所示：
//路径：/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 {
//注释1
cl = Class.forName(className, true, classLoader);
} catch (ClassNotFoundException ex) {
...
}
Method m;
try {
//注释2
m = cl.getMethod("main", new Class[] { String[].class });
} catch (NoSuchMethodException ex) {
...
} catch (SecurityException ex) {
...
}
...
//注释3
throw new Zygote.MethodAndArgsCaller(m, argv);
}
在注释1处通过反射获取SystemServer类，这里的className值是com.android.server.SystemServer，从前面ZygoteInit的startSystemServer方法中可以发现，代码如下所示：
//路径：/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
private static boolean startSystemServer(String abiList, String socketName, ZygoteServer zygoteServer)
throws Zygote.MethodAndArgsCaller, RuntimeException {
...
//注释1
String args[] = {
...
"com.android.server.SystemServer",
};
...
return true;
}
在传入的参数中可以看到传入的classname是com.android.server.SystemServer。
继续回到invokeStaticMain方法中，在注释2处获取SystemServer的main方法，最后在注释3处抛出一个异常对象Zgote.MethodAndArgsCaller，使用这种方式是为了清理堆栈，这样之后就会让加载SystemServer类的main方法觉得自己是进程的入口。
接下来看ZygoteInit的main函数捕获这个异常：
//路径：/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
public static void main(String argv[]) {
...
try{
} catch (Zygote.MethodAndArgsCaller caller) {
//注释1
caller.run();
} catch (Throwable ex) {
...
}
...
}
注释1处捕获到Zygote.MethodAndArgsCaller异常后，调用它的run方法：
//路径：/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 {
//注释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);
}
}
}
}
MethodAndArgsCaller中的成员变量mMethod，这里指的就是SystemServer的main方法，在注释1处通过反射执行SystemServer的main方法。
进入SystemServer的main方法中：
//路径：/frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
public static void main(String[] args) {
new SystemServer().run();
}
main方法中调用了SystemServer的run方法：
//路径：/frameworks/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
private void run() {
try {
...
//创建消息Looper
Looper.prepareMainLooper();
//加载动态库libandroid_servers.so
System.loadLibrary("android_servers");
...
//创建系统的Context
createSystemContext();
//创建SystemServiceManager
mSystemServiceManager = new SystemServiceManager(mSystemContext);
mSystemServiceManager.setRuntimeRestarted(mRuntimeRestart);
//保存SystemServiceManager
LocalServices.addService(SystemServiceManager.class, mSystemServiceManager);
//创建系统服务用的线程池
SystemServerInitThreadPool.get();
} finally {
traceEnd(); // InitBeforeStartServices
}
//开启服务
try {
traceBeginAndSlog("StartServices");
//启动引导服务
startBootstrapServices();
//启动核心服务
startCoreServices();
//启动其他服务
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");
}
run方法中最重要的就是SystemServerManager，它的作用是用来对系统的服务进行创建、启动和生命周期管理，创建完SystemServerManager对象后，在后面的三个启动服务方法中会通过SystemServerManager来启动服务，startBootstrapServices方法是用于启动引导服务，引导服务包括ActivityManagerService、PowerManagerService、PackageManagerService、DeviceIdentifiersPolicyService等服务；startCoreServices方法用于启动核心服务，核心服务包括DropBoxManagerService、BatteryService、UsageStatsService以及WebViewUpdateService；startOtherServices方法用于启动其他服务，其他服务包括KeyChainSystemService、TelecomLoaderService、CameraService、AlarmManagerService等服务。
在启动其他服务中会通过ActivityManagerService的systemReady方法来启动Launcher。
参考资料：
《Android进阶解密》
《深入浅出Android源代码》
《android init进程分析ueventd》
《Android ueventd浅析》
《ueventd.rc》
《Android7.0 Watchdog机制》
《Android8.1启动篇（一）：深入研究init（源码分析）》