Android SystemService 源码解析

基于Api 28 源码

Android Framework 层两大非常重要的进程：

SystemServer
zygote进程

SystemServer 是由 zygote 进程 fork 出来的一个单独的进程。

系统里面重要的服务都是在这个进程里面开启的，比如 ActivityManagerService(AMS)、PackageManagerService(PMS)、WindowManagerService(WMS) 等等。

它们是怎么启动起来的？

AMS、PMS 之类的 Servie 是怎么注册的？

一、AIDL 手写 SystemService 源码

SystemServer 是一个单独的进程，跟其他进程进行通讯使用 AIDL，所以离不开 Binder 的使用。

为了更好的理解源码，先新建一个工程，模仿 SystemServer 源码，手写 SystemServer 源码。

步骤如下：

找到Framework层源码 IServiceManager.java
复制到自己的 Android Studio 工程，创建 IServiceManager.aidl
使用中Android Studio 自动生成AIDL文件，IServiceManager.java
跟 Android源码一样创建自己的 ServiceManager 管理类：ServiceManager.java
跟系统一样使用：AidlActivity.java

源码	ServiceManagerNative	ServiceManagerNative#ServiceManagerProxy
手写	IServiceManager#Stub#Proxy	IServiceManager#Stub#Proxy

读源码之前先看下这个简单的工程，非常有助于理解SystemServer 源码。

image

二、系统服务启动的两种方式

ServiceManager 的 addService()
SystemServiceManager 的 startService()

两种方式最后都会采用 ServiceManager.addService() 方法。

image

三、核心类

SystemServer

SystemServer 由 Zygote fork生成的，进程名为 system_server，该进程承载着 framework 的核心服务。
SystemService

系统服务类的抽象基础类。
ServiceManagerNative

SystemService 的 AIDL 类。
ServiceManagerNative#ServiceManagerProxy

SystemService 的AIDL客户端代理类，ServiceManagerProxy 是 ServiceManagerNative 的内部类。
ServiceManager

ServiceManagerNative 的管理类，封装了 ServiceManagerNative ，使用 addService() 来启动服务
SystemServiceManager

注册服务的另一种方式，通过 startService() 来启动服务

四、系统服务启动入口

// SystemServer.java
private void run(){
        //···
    traceBeginAndSlog("StartServices");
    startBootstrapServices();
    startCoreServices();
    startOtherServices();
    SystemServerInitThreadPool.shutdown();
    //···
}

run() 方法中启动系统服务、核心服务、其他服务。

五、ServiceManager.addService 方式

执行流程：

image

这里以 NetworkStatsService 服务为例, 说明这类服务的启动方式:

public class NetworkStatsService extends INetworkStatsService.Stub{}

//StartNetworkStatsService
networkStats = NetworkStatsService.create(context, networkManagement);
ServiceManager.addService(Context.NETWORK_STATS_SERVICE, networkStats);

5.1 ServiceManager.addService

    //ServiceManager.java
    public static void addService(String name, IBinder service, boolean allowIsolated,
            int dumpPriority) {
        try {
            getIServiceManager().addService(name, service, allowIsolated, dumpPriority);
        } catch (RemoteException e) {
            Log.e(TAG, "error in addService", e);
        }
    }

5.2 ServiceManager.getIServiceManager

   // ServiceManager.java
   private static IServiceManager getIServiceManager() {
        if (sServiceManager != null) {
            return sServiceManager;
        }
        // Find the service manager
        sServiceManager = ServiceManagerNative
                .asInterface(Binder.allowBlocking(BinderInternal.getContextObject()));
        return sServiceManager;
    }

采用了单例模式获取ServiceManager的 getIServiceManager() 返回的是 ServiceManagerProxy 对象.

BinderInternal.getContextObject() 是一个 native 方法，返回一个 IBinder 对象。

public class BinderInternal {
    /**
     * Return the global "context object" of the system.  This is usually
     * an implementation of IServiceManager, which you can use to find
     * other services.
     */
    public static final native IBinder getContextObject();
}

5.3 ServiceManagerNative.asInterface

左侧为api 28 源码，右侧为自己手写项目中的类。

image

从上图可知：aiInterface() 方法跟自己在项目中Android Studio 自动生成的代码基本一样。如果是同一个进程，返回当前对象；如果是跨进程调用，返回一个 ServiceManagerProxy 代理对象。

如果 Service 运行在同一个进程，那就直接用 Stub（ServiceManagerNative），因为它直接实现了 Service 提供的功能，不需要任何 IPC 过程。如果 Service 运行在其他进程，那客户端使用的就是 Proxy（ServiceManagerProxy）， Proxy 就是把参数封装后发送给 Binder 驱动，然后执行一系列 IPC 操作最后再取出结果返回。

5.4 ServiceManagerProxy创建

左侧为api 28 源码，右侧为自己手写项目中的类。

image

ServiceManagerProxy 是ServiceManagerNative的内部类。

ServiceManagerProxy 就是 CS 架构中的 Client 端。

5.5 ServiceManagerProxy.addService

public void addService(String name, IBinder service, boolean allowIsolated) throws RemoteException {
    Parcel data = Parcel.obtain();
    Parcel reply = Parcel.obtain();
    data.writeInterfaceToken(IServiceManager.descriptor);
    data.writeString(name);
    data.writeStrongBinder(service);
    data.writeInt(allowIsolated ? 1 : 0);
    mRemote.transact(ADD_SERVICE_TRANSACTION, data, reply, 0);
    reply.recycle();
    data.recycle();
}

当 ServiceManagerProxy 通过 mRemote.transact() 发起了标志位为 IServiceManager.GET_SERVICE_TRANSACTION请求，服务端中相应的响应线程就会通过 JNI 调用到 Stub 类，在switch (code) 中根据标志位 IServiceManager.GET_SERVICE_TRANSACTION然后执行里面的 execTransact 方法，进而转到 onTransact()方法，通过 reply.writeStrongBinder(service)将数据抛送回去给客户端。

switch (code) {
        case IServiceManager.GET_SERVICE_TRANSACTION: {
        data.enforceInterface(IServiceManager.descriptor);
        String name = data.readString();
        IBinder service = getService(name);
        reply.writeStrongBinder(service);
        return true;
}

六、 SystemServiceManager.startService方式

以BatteryService 为例：

traceBeginAndSlog("StartBatteryService");
// Tracks the battery level.  Requires LightService.
mSystemServiceManager.startService(BatteryService.class);

public final class BatteryService extends SystemService {}

6.1 SystemServiceManager.startService

    public SystemService startService(String className) {
        final Class serviceClass;
        try {
          //通过反射获取 Service的 Class 对象。
            serviceClass = (Class)Class.forName(className);
        } catch (ClassNotFoundException ex) {
                    //···
        }
        return startService(serviceClass);
    }

    public  T startService(Class serviceClass) {
        try {
            final String name = serviceClass.getName();
                //···
            // 判断启动的服务是否继承自 SystemService 抽象类
            if (!SystemService.class.isAssignableFrom(serviceClass)) {
                throw new RuntimeException("Failed to create " + name
                        + ": service must extend " + SystemService.class.getName());
            }
            final T service;
            try {
              //通过反射创建目标服务类的对象
                Constructor constructor = serviceClass.getConstructor(Context.class);
                service = constructor.newInstance(mContext);
            } catch (InstantiationException ex) {
                            //···
            }
            startService(service);
            return service;
        } finally {
            Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_SYSTEM_SERVER);
        }
    }

    public void startService(@NonNull final SystemService service) {
        //将该服务添加到 mServices，mService 是一个 ArrayList
        mServices.add(service);
        try {
        //执行服务的onStart过程,不同的服务有不同的实现
            service.onStart();
        } catch (RuntimeException ex) {
                //···
        }
    }

SystemServiceManager.startService 执行流程如下：

通过反射获取启动服务的 Class 对象。
判断启动的服务是否继承自 SystemService 抽象类。
通过反射创建目标服务类的对象。
将该服务添加到 mServices。
执行服务的 onStart 过程,不同的服务有不同的实现。

看到这并没有看到服务是如何注册到 ServiceManager , 这里继续以BatteryService 为例，那肯定就是在子类的 onStart() 完成.

6.2 BatteryService.onStart

    @Override
    public void onStart() {
        registerHealthCallback();
        mBinderService = new BinderService();
        publishBinderService("battery", mBinderService);
        mBatteryPropertiesRegistrar = new BatteryPropertiesRegistrar();
        publishBinderService("batteryproperties", mBatteryPropertiesRegistrar);
        publishLocalService(BatteryManagerInternal.class, new LocalService());
    }

    private final class BinderService extends Binder {
        //···
    }
    private final class BatteryPropertiesRegistrar extends IBatteryPropertiesRegistrar.Stub{
      //···
    }

BinderService 是 BatteryService 的内部类，继承自 Binder。

BatteryPropertiesRegistrar 也是 BatteryService 的内部类，继承自Stub，Stub 也是继承自 Binder。

6.3 SystemService.publishBinderService

    protected final void publishBinderService(String name, IBinder service,
            boolean allowIsolated, int dumpPriority) {
        ServiceManager.addService(name, service, allowIsolated, dumpPriority);
    }

跟第一种方式一样，同样也是采用 ServiceManager.addService() 方法。

跟第一种方式不同的是，这种方式会把 Service 添加到 SystemServiceManager 的 mServices 中。

mServices 是一个 SystemService 的 List 集合，属于SystemServiceManager 成员变量，接收 lifecycle event 的回调。通过循环遍历 mServices ，来执行集合中每个SystemService子类对应的方法。

类似的方法有：

startBootPhase()
startUser()
unlockUser()
switchUser()
stopUser()
cleanupUser()

举例 onSwitchUser() ：

    public void switchUser(final int userHandle) {
        final int serviceLen = mServices.size();
        for (int i = 0; i < serviceLen; i++) {
            final SystemService service = mServices.get(i);
            try {
                service.onSwitchUser(userHandle);
            } catch (Exception ex) {
               // ···
            }
        }
    }

//SystemService.java
/**
 * Called when switching to a different foreground user, for system services that have
 * special behavior for whichever user is currently in the foreground.  This is called
 * before any application processes are aware of the new user.
 * @param userHandle The identifier of the user.
 */
public void onSwitchUser(int userHandle) {}

从方法注释可以知道，onSwitchUser() 跟多用户切换有关系。

七、总结

方式1. ServiceManager.addService():

功能：向ServiceManager注册该服务.
特点：服务往往直接或间接继承于Binder服务；
举例：InputManagerService 、WindowManagerService、PackageManagerService

方式2. SystemServiceManager.startService:

功能：
- 创建服务对象；
- 执行该服务的onStart()方法；该方法会执行上面的ServiceManager.addService()；
- 根据启动到不同的阶段会回调onBootPhase()方法；
- 多用户模式下用户状态的改变也会有回调方法；例如onSwitchUser();
特点：服务往往自身或内部类继承于 SystemService；
举例：StartBatteryService、ActivityManagerService；

两种方式最后都会执行到 ServiceManager.addService()。

参考 Gityuan 博客

Android SystemService 源码解析

Android SystemService 源码解析

一、AIDL 手写 SystemService 源码

二、 系统服务启动的两种方式

三、核心类

四、系统服务启动入口

五、ServiceManager.addService 方式

5.1 ServiceManager.addService

5.2 ServiceManager.getIServiceManager

5.3 ServiceManagerNative.asInterface

5.4 ServiceManagerProxy创建

5.5 ServiceManagerProxy.addService

六、 SystemServiceManager.startService方式

6.1 SystemServiceManager.startService

6.2 BatteryService.onStart

6.3 SystemService.publishBinderService

七、 总结

方式1. ServiceManager.addService():

方式2. SystemServiceManager.startService:

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二、系统服务启动的两种方式

七、总结