Android应用进程的创建
在之前的Android启动流程中，我们最后提到了会通过ActivityManagerService的startProcess方法来进行应用进程的创建。本篇文章我们就从这里开始着手，来进行相关源码的解析工作。
ActivityManagerService#startProcess
//ActivityManagerService#LocalService.java
public void startProcess(String processName, ApplicationInfo info,
boolean knownToBeDead, String hostingType, ComponentName hostingName) {
try {
//同步操作，避免死锁
synchronized (ActivityManagerService.this) {
//调用startProcessLocked方法, Process的start，最终到ZygoteProcess的attemptUsapSendArgsAndGetResult()
// 用来fork一个新的Launcher的进程
startProcessLocked(processName, info, knownToBeDead, 0 /* intentFlags */,new HostingRecord(hostingType, hostingName),false /* allowWhileBooting */, false /* isolated */,true /* keepIfLarge */);
}
...
}
final ProcessRecord startProcessLocked(String processName,
ApplicationInfo info, boolean knownToBeDead, int intentFlags,
HostingRecord hostingRecord, boolean allowWhileBooting,
boolean isolated, boolean keepIfLarge) {
return mProcessList.startProcessLocked(processName, info, knownToBeDead, intentFlags,
hostingRecord, allowWhileBooting, isolated, 0 /* isolatedUid */, keepIfLarge,
null /* ABI override */, null /* entryPoint */, null /* entryPointArgs */,
null /* crashHandler */);
}
这里最终调用了ProcessList的startProcessLocked方法。这里的ProcessList类的主要作用是用来处理进程。
ProcessList#startProcessLocked
//启动进程
@GuardedBy("mService")
boolean startProcessLocked(ProcessRecord app, HostingRecord hostingRecord,
boolean disableHiddenApiChecks, boolean mountExtStorageFull,
String abiOverride) {
//已经启动，则直接返回
if (app.pendingStart) {
return true;
}
//启动时间
long startTime = SystemClock.elapsedRealtime();
...
//设置程序的入口
final String entryPoint = "android.app.ActivityThread";
//***重点方法****
return startProcessLocked(hostingRecord, entryPoint, app, uid, gids,
runtimeFlags, mountExternal, seInfo, requiredAbi, instructionSet, invokeWith,
startTime);
...
}
调用了一个重载方法，注意我们这里的一个参数entryPoint，这个是我们的进程启动以后的入口类，当我们fork出进程以后，会调用这个类中的main方法来启进程。
boolean startProcessLocked(HostingRecord hostingRecord,
String entryPoint,
ProcessRecord app, int uid, int[] gids, int runtimeFlags, int mountExternal,
String seInfo, String requiredAbi, String instructionSet, String invokeWith,
long startTime) {
...
//***重点方法***
final Process.ProcessStartResult startResult = startProcess(app.hostingRecord,
entryPoint, app, app.startUid, gids, runtimeFlags, mountExternal,
app.seInfo, requiredAbi, instructionSet, invokeWith, app.startTime);
...
}
private Process.ProcessStartResult startProcess(HostingRecord hostingRecord, String entryPoint,
ProcessRecord app, int uid, int[] gids, int runtimeFlags, int mountExternal,
String seInfo, String requiredAbi, String instructionSet, String invokeWith,
long startTime) {
//*****重点方法*****最终调用的创建进程的方法
startResult = Process.start(entryPoint,
app.processName, uid, uid, gids, runtimeFlags, mountExternal,
app.info.targetSdkVersion, seInfo, requiredAbi, instructionSet,
app.info.dataDir, invokeWith, app.info.packageName,
new String[] {PROC_START_SEQ_IDENT + app.startSeq});
}
最后将进程的创建交给Process类来进行处理，通过start方法创建，然后返回了ProcessStartResult启动的结果。
Process#start
public static ProcessStartResult start(@NonNull final String processClass,
@Nullable final String niceName,
int uid, int gid, @Nullable int[] gids,
int runtimeFlags,
int mountExternal,
int targetSdkVersion,
@Nullable String seInfo,
@NonNull String abi,
@Nullable String instructionSet,
@Nullable String appDataDir,
@Nullable String invokeWith,
@Nullable String packageName,
@Nullable String[] zygoteArgs) {
//processClass为"android.app.ActivityThread"，表示程序的入口类
return ZYGOTE_PROCESS.start(processClass, niceName, uid, gid, gids,
runtimeFlags, mountExternal, targetSdkVersion, seInfo,
abi, instructionSet, appDataDir, invokeWith, packageName,
/*useUsapPool=*/ true, zygoteArgs);
}
调用ZygoteProcess的start方法
ZygoteProcess#start
//启动一个新的进程
public final Process.ProcessStartResult start(@NonNull final String processClass,
final String niceName,
int uid, int gid, @Nullable int[] gids,
int runtimeFlags, int mountExternal,
int targetSdkVersion,
@Nullable String seInfo,
@NonNull String abi,
@Nullable String instructionSet,
@Nullable String appDataDir,
@Nullable String invokeWith,
@Nullable String packageName,
boolean useUsapPool,
@Nullable String[] zygoteArgs) {
try {
//***重点方法****
return startViaZygote(processClass, niceName, uid, gid, gids,
runtimeFlags, mountExternal, targetSdkVersion, seInfo,
abi, instructionSet, appDataDir, invokeWith, /*startChildZygote=*/ false,
packageName, useUsapPool, zygoteArgs);
}
...
}
private Process.ProcessStartResult startViaZygote(@NonNull final String processClass,
@Nullable final String niceName,
final int uid, final int gid,
@Nullable final int[] gids,
int runtimeFlags, int mountExternal,
int targetSdkVersion,
@Nullable String seInfo,
@NonNull String abi,
@Nullable String instructionSet,
@Nullable String appDataDir,
@Nullable String invokeWith,
boolean startChildZygote,
@Nullable String packageName,
boolean useUsapPool,
@Nullable String[] extraArgs)
throws ZygoteStartFailedEx {
ArrayList argsForZygote = new ArrayList<>();
//这是一些创建进程时候的参数信息
...
//这个是程序的入口类，设置的是"android.app.ActivityThread"
argsForZygote.add(processClass);
...
synchronized(mLock) {
//***重点方法***
return zygoteSendArgsAndGetResult(openZygoteSocketIfNeeded(abi),
useUsapPool,
argsForZygote);
}
}
openZygoteSocketIfNeeded 会创建一个和Zygote的socket连接。
//如果初始的Zygote的连接不存在或者未连接。则创建一个Socket连接，并将相关信息封装为ZygoteState
@GuardedBy("mLock")
private void attemptConnectionToPrimaryZygote() throws IOException {
//如果没有连接
if (primaryZygoteState == null || primaryZygoteState.isClosed()) {
primaryZygoteState = ZygoteState.connect(mZygoteSocketAddress, mUsapPoolSocketAddress);
}
}
如果之前没有建立过和Zygote之间的连接，那么会通过connect()方法进行连接
static ZygoteState connect(@NonNull LocalSocketAddress zygoteSocketAddress,@Nullable LocalSocketAddress usapSocketAddress)throws IOException {
DataInputStream zygoteInputStream;
BufferedWriter zygoteOutputWriter;
final LocalSocket zygoteSessionSocket = new LocalSocket();
try {
//进行连接
zygoteSessionSocket.connect(zygoteSocketAddress);
//创建DataInputStream
zygoteInputStream = new DataInputStream(zygoteSessionSocket.getInputStream());
//创建BufferedWriter
zygoteOutputWriter = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(zygoteSessionSocket.getOutputStream()),Zygote.SOCKET_BUFFER_SIZE);
...
//封装为ZygoteState对象
return new ZygoteState(zygoteSocketAddress, usapSocketAddress,
zygoteSessionSocket, zygoteInputStream, zygoteOutputWriter,
getAbiList(zygoteOutputWriter, zygoteInputStream));
}
所以openZygoteSocketIfNeeded的主要作用是保证和Zygote的socket连接的存在。当连接存在以后就可以通过socket进行消息的传输了。
ZygoteProcess#zygoteSendArgsAndGetResult
通过socket连接Zygote，并发送对应的fork进程所需要的信息
private Process.ProcessStartResult zygoteSendArgsAndGetResult(
ZygoteState zygoteState, boolean useUsapPool, @NonNull ArrayList args) throws ZygoteStartFailedEx {
//****重点方法**** 尝试fork子线程
return attemptZygoteSendArgsAndGetResult(zygoteState, msgStr);
}
private Process.ProcessStartResult attemptZygoteSendArgsAndGetResult(
ZygoteState zygoteState, String msgStr) throws ZygoteStartFailedEx {
try {
//传入的zygoteState为openZygoteSocketIfNeeded()，里面会通过abi来检查是第一个zygote还是第二个
final BufferedWriter zygoteWriter = zygoteState.mZygoteOutputWriter;
final DataInputStream zygoteInputStream = zygoteState.mZygoteInputStream;
//将参数的信息写给Zygote进程，包括前面的processClass ="android.app.ActivityThread"
zygoteWriter.write(msgStr);
//刷数据，全部写入Zygote进程，处于阻塞状态
zygoteWriter.flush();
//从socket中得到zygote创建的应用pid，赋值给 ProcessStartResult的对象
Process.ProcessStartResult result = new Process.ProcessStartResult();
//从socket中读取创建的进程的pid
result.pid = zygoteInputStream.readInt();
result.usingWrapper = zygoteInputStream.readBoolean();
//如果pid<0，表示创建失败
if (result.pid < 0) {
throw new ZygoteStartFailedEx("fork() failed");
}
return result;
}
...
}
最后会通过socket连接到Zygote进程，将对应的参数发送给Socket的Server端以后，由Server端来进行进程的fork操作，操作完成以后将创建的进程id返回。
那么Zygote的Server端又是如何创建的呢？
Zygote启动监听
这个就涉及了Zygote的启动过程了。这部分我们后续可以详细分析，这里只提一下大体的流程。
Zygote会先fork出SystemServer进程，然后会进入循环等待，用来接收Socket发来的消息，用来fork出其他应用所需要的进程信息。
//ZygoteInit.java
public static void main(String argv[]) {
ZygoteServer zygoteServer = null;
Runnable caller;
try {
//创建一个ZygoteServer对象，这个对象创建一个socket服务端，能够接收连接并且孵化对应的子进程
zygoteServer = new ZygoteServer(isPrimaryZygote);
if (startSystemServer) {
//Fork出第一个进程 SystemServer服务所需的进程
Runnable r = forkSystemServer(abiList, zygoteSocketName, zygoteServer);
if (r != null) {
//启动SystemServer服务
r.run();
return;
}
}
//***重点方法*** 这里会进入循环等待，用来接收Socket发来的消息，用来fork出其他应用所需要的进程信息。并且返回fork出的进程的启动函数
caller = zygoteServer.runSelectLoop(abiList);
....
if (caller != null) {
//调用caller的run方法，启动子进程（run方法会调用子进程的启动程序的main方法，也就是ActivityThread.java的main()方法）
caller.run();
}
}
连接的处理
我们这里看一下runSelectLoop这个方法如何监听Socket连接以及接收消息的
Runnable runSelectLoop(String abiList) {
ArrayList socketFDs = new ArrayList();
ArrayList peers = new ArrayList();
//socketFDs[0]是socketServer。
socketFDs.add(mZygoteSocket.getFileDescriptor());
peers.add(null);
//死循环
while (true) {
{
//这里会进入阻塞，当有pollFDs事件到来的时候，则继续往下执行
Os.poll(pollFDs, -1);
} catch (ErrnoException ex) {
throw new RuntimeException("poll failed", ex);
}
while (--pollIndex >= 0) {
if (pollIndex == 0) {
//采用I/O 多路复用机制,index==0表示selcet接收到的是Zygote的socket连接的事件.
// 客户端第一次请求服务端，服务端会调用accept方法与客户端建立连接，客户端在zygote以ZygoteConnection对象表示
ZygoteConnection newPeer = acceptCommandPeer(abiList);
peers.add(newPeer);
socketFDs.add(newPeer.getFileDescriptor());
} else if (pollIndex < usapPoolEventFDIndex) {
//当连接以后，能够接收指令，这里根据
try {
//peers.get(index)取得发送数据客户端的ZygoteConnection对象。这个就是多路复用的机制了
ZygoteConnection connection = peers.get(pollIndex);
//收到Socket发来的消息，进行fork的创建工作。返回的command是MethodAndArgsCaller类
//其run方法，会调用通过socket接收到的启动类的main方法
final Runnable command = connection.processOneCommand(this);
....
}
当启动循环以后，会一直遍历等待，等待接收Socket发来的连接以及消息请求。当获取到对应的客户端的ZygoteConnection对象以后，这里会调用processOneCommand指令来进行处理。
到这里的话，就可以和我们刚才讲的创建Socket连接关联起来了。
我们看一下processOneCommand这个方法是如何对发送的相关fork进程的参数来进行处理的。
Runnable processOneCommand(ZygoteServer zygoteServer) {
String args[];
ZygoteArguments parsedArgs = null;
FileDescriptor[] descriptors;
try {
//读取socket传来的参数信息
args = Zygote.readArgumentList(mSocketReader);
...
parsedArgs = new ZygoteArguments(args);
fd = null;
//*****重点方法**** fork一个子进程，得到一个对应的进程pid
pid = Zygote.forkAndSpecialize(parsedArgs.mUid, parsedArgs.mGid, parsedArgs.mGids,
parsedArgs.mRuntimeFlags, rlimits, parsedArgs.mMountExternal, parsedArgs.mSeInfo,
parsedArgs.mNiceName, fdsToClose, fdsToIgnore, parsedArgs.mStartChildZygote,
parsedArgs.mInstructionSet, parsedArgs.mAppDataDir, parsedArgs.mTargetSdkVersion);
try {
if (pid == 0) {
//当pid=0，说明是fork的子进程
zygoteServer.setForkChild();
zygoteServer.closeServerSocket();
IoUtils.closeQuietly(serverPipeFd);
serverPipeFd = null;
//****重点方法***** 处理子进程
return handleChildProc(parsedArgs, descriptors, childPipeFd,
parsedArgs.mStartChildZygote);
...
}
我们将这个方法分为3个大内容来处理
- 将接收到的数据进行解析处理，生成ZygoteArguments对象，这个对象里面包含了我们设置的进程创建以后的入口类（即启动类）
- 通过forkAndSpecialize方法fork出一个子进程
- 通过handleChildProc方法对fork出的子进程进行处理
我们分别对上面的3部分进行分析：
参数的解析
这里接收的参数，是在我们的socket的client端来进行创建的。
//ZygoteProcess.java #startViaZygote方法
ArrayList argsForZygote = new ArrayList<>();
// --runtime-args, --setuid=, --setgid=,
// and --setgroups= must go first
//这是一些创建进程时候的参数信息
argsForZygote.add("--runtime-args");
argsForZygote.add("--setuid=" + uid);
argsForZygote.add("--setgid=" + gid);
argsForZygote.add("--runtime-flags=" + runtimeFlags);
if (mountExternal == Zygote.MOUNT_EXTERNAL_DEFAULT) {
argsForZygote.add("--mount-external-default");
} else if (mountExternal == Zygote.MOUNT_EXTERNAL_READ) {
argsForZygote.add("--mount-external-read");
} else if (mountExternal == Zygote.MOUNT_EXTERNAL_WRITE) {
argsForZygote.add("--mount-external-write");
} else if (mountExternal == Zygote.MOUNT_EXTERNAL_FULL) {
argsForZygote.add("--mount-external-full");
} else if (mountExternal == Zygote.MOUNT_EXTERNAL_INSTALLER) {
argsForZygote.add("--mount-external-installer");
} else if (mountExternal == Zygote.MOUNT_EXTERNAL_LEGACY) {
argsForZygote.add("--mount-external-legacy");
}
argsForZygote.add("--target-sdk-version=" + targetSdkVersion);
argsForZygote.add(processClass);
//ZygoteProcess.java # zygoteSendArgsAndGetResult方法
String msgStr = args.size() + "\n" + String.join("\n", args) + "\n";
这里的参数的样式是"--setuid=1"，行与行之间以"\r"、"\n"或者"\r\n"分割，最后一个参数是进程的入口类。在解析的时候，会按照格式进行拆分。
子进程的创建
对于子进程的fork，是通过Zygote.forkAndSpecialize来处理的。
//Zygote.java
//fork一个子进程，如果这是子节点则返回0；如果这是父进程，则返回子进程的pid；发生异常则返回-1。
public static int forkAndSpecialize(int uid, int gid, int[] gids, int runtimeFlags,
int[][] rlimits, int mountExternal, String seInfo, String niceName, int[] fdsToClose,
int[] fdsToIgnore, boolean startChildZygote, String instructionSet, String appDataDir,
int targetSdkVersion) {
...
//调用native方法，fork出一个子进程。具体的位置在com_android_internal_os_Zygote.cpp
int pid = nativeForkAndSpecialize(uid, gid, gids, runtimeFlags, rlimits, mountExternal, seInfo, niceName, fdsToClose,fdsToIgnore, startChildZygote, instructionSet, appDataDir);
...
return pid;
}
这里调用了一个native方法来进行线程的fork操作。由于采用copy on write方式，这里执行一次，会返回两次。
创建结果的处理
当通过native进行了子进程的fork操作以后，会返回pid。这里的pid根据具体的值表示的是不同的类型
- pid=0：表示处于子进程
- pid>0：表示处于Zygote进程
- pid<0：表示子进程的创建失败
这里我们只关心子进程的处理。也就是handleChildProc方法。
//ZygoteConnection.java
//进程创建完成后的处理工作，适当的关闭socket，适当的重新打开stdio，返回成功或者失败信息等
//返回的Runnable是一个封装了创建进程时，socket传进来的程序入口的方法以及对应的参数的类。其run方法会通过反射调用类的main方法
private Runnable handleChildProc(ZygoteArguments parsedArgs, FileDescriptor[] descriptors,FileDescriptor pipeFd, boolean isZygote) {
//当执行到这的时候，connection已经关闭了关闭socket，用/dev/null替换它们。
closeSocket();
...
//这个里面会通过反射创建socket传递的启动程序的入口类（ActivityThread），然后调用其main方法进行启动
return ZygoteInit.childZygoteInit(parsedArgs.mTargetSdkVersion,
parsedArgs.mRemainingArgs, null /* classLoader */);
}
}
}
这个方法在最后会调用childZygoteInit方法，然后返回一个Runnable对象。
static final Runnable childZygoteInit(int targetSdkVersion, String[] argv, ClassLoader classLoader) {
//根据argv获取到对应的运行的相关参数
RuntimeInit.Arguments args = new RuntimeInit.Arguments(argv);
return RuntimeInit.findStaticMain(args.startClass, args.startArgs, classLoader);
}
这里根据解析后的参数信息，生成了Arguments对象。
//RuntimeInit.java
Arguments(String args[]) throws IllegalArgumentException {
parseArgs(args);
}
//进行参数的解析
private void parseArgs(String args[]) throws IllegalArgumentException {
int curArg = 0;
for (; curArg < args.length; curArg++) {
String arg = args[curArg];
if (arg.equals("--")) {
curArg++;
break;
} else if (!arg.startsWith("--")) {
break;
}
}
//在传递参数的时候，最后一项传递的是程序入口类的信息
startClass = args[curArg++];
//参数信息
startArgs = new String[args.length - curArg];
System.arraycopy(args, curArg, startArgs, 0, startArgs.length);
}
}
方法中会根据传入的参数确定了fork的子进程启动时的类startClass以及对应的参数startArgs。
//ZygoteInit.java
//调用传入的className所对应的类的main方法
protected static Runnable findStaticMain(String className, String[] argv, ClassLoader classLoader) {
Class cl;
//反射创建类
cl = Class.forName(className, true, classLoader);
Method m;
//获取类的main方法
m = cl.getMethod("main", new Class[] { String[].class });
//封装一个Runnable类，将方法和参数都传递给了该类，其run方法会通过反射调用main方法
return new MethodAndArgsCaller(m, argv);
}
static class MethodAndArgsCaller implements Runnable {
//调用的方法
private final Method mMethod;
//方法的参数
private final String[] mArgs;
public MethodAndArgsCaller(Method method, String[] args) {
mMethod = method;
mArgs = args;
}
public void run() {
try {
mMethod.invoke(null, new Object[] { mArgs });
}
...
}
}
handleChildProc会根据将传入的参数信息，返回子进程启动时所使用的方法通过反射获取到，并放在一个Runnable的run方法中去执行。
那么这个Runnable的启动是在哪儿呢？
//ZygoteInit.java
public static void main(String argv[]) {
...
caller = zygoteServer.runSelectLoop(abiList);
...
if (caller != null) {
//调用caller的run方法，启动子进程（run方法会调用子进程的启动程序的main方法，也就是ActivityThread.java的main()方法）
caller.run();
}
当通过runSelectLoop方法fork完对应的子进程以后，会将这个MethodAndArgsCaller返回并执行。我们一开始传入的ActivityThread的main方法就调用并执行了。
总结
- 在fork子进程之后，直接执行了ActivityThread的main方法来启动的。
- 在系统启动时，开启了Zygote的Socket的Server端来监听，当需要创建进程时，直接通过Socket连接，然后传递参数来创建。
- fork采用了copy on write方式。
- Server端对于连接的处理，采用了I/O 多路复用机制。具体的这个机制，这个机制回头可以延伸一下。
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