Android源码分析之SystemServer系统服务创建过程

本文的分析基于Android1.6系统源码，之所以选择较低版本的系统源码，是因为它代码量较少，能够比较容易分析Android系统的核心本质。对于高版本的系统，读者可以进行对比分析，效果会很好。

一、SystemServer进程创建过程简要说明

如上图所示，执行adb shell ps可以查看当前系统上运行的进程列表。从上图可以得知，system_server进程是由进程号为30的zygote进程fork而来的，而zygote进程是由进程号为1的/init进程fork创建的。zygote进程的主要功能就是进行进程孵化，后续的应用进程都由它创建。system_server进程运行着很多系统服务，当其它的应用进程需要某些系统提供的功能时，应用程序会以代理的方式向这些系统服务发出请求，系统服务处理后将结果返回给应用进程。
system_server进程的名称在DDMS上不叫“system_server”，而是变成了“system_process”，是因为system_server进程在执行ActivityThread.attach方法时将在DDMS上显示的名称改成了“system_process”，详见下面的代码片段。

//在ActivityThread.java文件中
   private final void attach(boolean system) {
        sThreadLocal.set(this);
        mSystemThread = system;
        AndroidHttpClient.setThreadBlocked(true);
        if (!system) {
            android.ddm.DdmHandleAppName.setAppName("");
            RuntimeInit.setApplicationObject(mAppThread.asBinder());
            IActivityManager mgr = ActivityManagerNative.getDefault();
            try {
                mgr.attachApplication(mAppThread);
            } catch (RemoteException ex) {
            }
        } else {
            // Don't set application object here -- if the system crashes,
            // we can't display an alert, we just want to die die die.
            android.ddm.DdmHandleAppName.setAppName("system_process");
            try {
                mInstrumentation = new Instrumentation();
                ApplicationContext context = new ApplicationContext();
                context.init(getSystemContext().mPackageInfo, null, this);
                Application app = Instrumentation.newApplication(Application.class, context);
                mAllApplications.add(app);
                mInitialApplication = app;
                app.onCreate();
            } catch (Exception e) {
                throw new RuntimeException(
                        "Unable to instantiate Application():" + e.toString(), e);
            }
        }
    }

二、系统服务的创建过程

system_server进程创建系统服务的过程可以通过上述的时序图进行描述，时序图可以很清晰的描述对象的调用过程，接下来结合代码和时序图一起分析一下系统服务的创建过程。

 //在SystemServer.java文件中
   public static void main(String[] args) {
        // The system server has to run all of the time, so it needs to be
        // as efficient as possible with its memory usage.
        VMRuntime.getRuntime().setTargetHeapUtilization(0.8f);

        System.loadLibrary("android_servers");
        init1(args);
    }

上述的代码片段会在system_server进程的主线程中被执行，首先它会调用 VMRuntime.getRuntime().setTargetHeapUtilization方法来设置堆的使用率，进而对堆内存进行一个比较合理的优化。然后加载libandroid_servers.so并调用native的init1方法。init1方法在com_android_server_SystemServer.cpp文件中，可以看出在Android系统源码中java层跟native层存在一种对应关系，即native方法实现类的文件名一般会以“包名+类名”进行命名，所以可以通过这种对应关系找到native方法的实现代码。

//在com_android_server_SystemServer.cpp文件中
extern "C" int system_init();

static void android_server_SystemServer_init1(JNIEnv* env, jobject clazz)
{
    system_init();
}

在init1方法中调用了system_init的system_init方法。

//在system_init文件中
extern "C" status_t system_init()
{
    LOGI("Entered system_init()");

    sp proc(ProcessState::self());

    sp sm = defaultServiceManager();
    LOGI("ServiceManager: %p\n", sm.get());

    sp grim = new GrimReaper();
    sm->asBinder()->linkToDeath(grim, grim.get(), 0);

    char propBuf[PROPERTY_VALUE_MAX];
    property_get("system_init.startsurfaceflinger", propBuf, "1");
    if (strcmp(propBuf, "1") == 0) {
        // Start the SurfaceFlinger
        SurfaceFlinger::instantiate();
    }

    // On the simulator, audioflinger et al don't get started the
    // same way as on the device, and we need to start them here
    if (!proc->supportsProcesses()) {

        // Start the AudioFlinger
        AudioFlinger::instantiate();

        // Start the media playback service
        MediaPlayerService::instantiate();

        // Start the camera service
        CameraService::instantiate();
    }

    // And now start the Android runtime.  We have to do this bit
    // of nastiness because the Android runtime initialization requires
    // some of the core system services to already be started.
    // All other servers should just start the Android runtime at
    // the beginning of their processes's main(), before calling
    // the init function.
    LOGI("System server: starting Android runtime.\n");

    AndroidRuntime* runtime = AndroidRuntime::getRuntime();

    LOGI("System server: starting Android services.\n");
    runtime->callStatic("com/android/server/SystemServer", "init2");

    // If running in our own process, just go into the thread
    // pool.  Otherwise, call the initialization finished
    // func to let this process continue its initilization.
    if (proc->supportsProcesses()) {
        LOGI("System server: entering thread pool.\n");
        ProcessState::self()->startThreadPool();
        IPCThreadState::self()->joinThreadPool();
        LOGI("System server: exiting thread pool.\n");
    }
    return NO_ERROR;
}

在system_init方法中，会通过调用SurfaceFlinger、AudioFlinger、MediaPlayerService、CameraService的instantiate方法来创建native层系统服务，native层的系统服务创建完毕之后，它又调用java层的init2方法来进行java层的系统服务创建工作。

//在SystemServer.java文件中
    public static final void init2() {
        Log.i(TAG, "Entered the Android system server!");
        Thread thr = new ServerThread();
        thr.setName("android.server.ServerThread");
        thr.start();
    }

在init2方法中开启了一个名叫android.server.ServerThread的线程来创建系统服务。在ServerThread的run方法中，创建了java层的很多的核心服务，比如ActivityManagerService、WindowManagerService等等，并且该线程使用了Looper机制，会在后台一直运行，通过DDMD->Threads视图可以看到该线程一直在后台运行着。因为核心服务的创建过程比较复杂，不适合在这边进行描述，后续会对部分核心服务逐一展开进行分析。

三、系统服务一览表

服务名称	作用描述
SurfaceFlinger	将逻辑窗口的数据合成到物理窗口进行显示(Native)
AudioFlinger	音频系统服务(Native)
MediaPlayerService	媒体播放服务(Native)
CameraService	相机服务(Native)
ActivityManagerService	Android系统中最核心的一个服务，主要管理四大组件的生命周期。
EntropyService	熵服务，周期性的加载和保存随机信息
PowerManagerService	电源管理服务
TelephonyRegistry	电话注册、管理服务
BatteryService	监控电池状态的服务
HardwareService	主要负责震动、闪光灯等服务
AlarmManagerService	闹钟服务
SensorService	传感器服务
WindowManagerService	窗口管理服务，主要负责事件分发等服务
BluetoothDeviceService	蓝牙服务
StatusBarService	状态栏服务
AppWidgetService	桌面上的Wiget的管理服务
ClipboardService	剪贴板服务
InputMethodManagerService	输入法管理服务
NetStatService	网络统计服务
AccessibilityManagerService	跟辅助功能相关的服务
NotificationManagerService	通知栏服务
MountService	磁盘挂载服务
DeviceStorageMonitorService	监控磁盘空间的服务
LocationManagerService	地址位置信息服务
SearchManagerService	搜索服务
WallpaperService	壁纸服务
AudioService	音频服务
BackupManagerService	备份管理服务

四、总结

上图为Android系统的框架图，本文所讨论的系统服务在Application Framework即应用程序框架层，它抽象封装了很多组件、实现了很多系统服务。对于Applications即应用程序而言，就是将这些组件按照业务功能进行一个组合，按需调用系统服务。所以要学好android，就要将这些核心的系统服务和组件进行深入分析，只有知其所以然，才能够将应用性能提升到极致。才能实现组件化、热修复等黑科技。