【Android】系统架构功能+init、zygote、system server、app等进程间关系分析

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Android系统启动过程由上图从下往上的一个过程是由Boot Loader引导开机，然后依次进入 -> Kernel -> Native -> Framework -> App

架构功能

Loader层

• Boot ROM: 当手机处于关机状态时，长按Power键开机，引导芯片开始从固化在ROM里的预设代码开始执行，然后加载引导程序到RAM；

• Boot Loader：这是启动Android系统之前的引导程序，主要是检查RAM，初始化硬件参数等功能。

Linux内核层

• 启动swapper进程(pid=0)：该进程又称为idle进程, 系统初始化过程Kernel由无到有开创的第一个进程, 用于初始化进程管理、内存管理，加载Display,Camera Driver，Binder Driver等相关工作；
• 启动kthreadd进程（pid=2）：是Linux系统的内核进程，会创建内核工作线程kworkder，软中断线程ksoftirqd，thermal等内核守护进程。kthreadd进程是所有内核进程的鼻祖

硬件抽象层 (HAL)

硬件抽象层 (HAL) 提供标准接口，HAL包含多个库模块，其中每个模块都为特定类型的硬件组件实现一组接口

Android Runtime & 系统库

Native系统库主要包括init孵化来的用户空间的守护进程、HAL层以及开机动画等。启动init进程(pid=1),是Linux系统的用户进程，init进程是所有用户进程的鼻祖。

• init进程会孵化出ueventd、logd、healthd、installd、adbd、lmkd等用户守护进程；
• init进程还启动servicemanager(binder服务管家)、bootanim(开机动画)等重要服务
• init进程孵化出Zygote进程，Zygote进程是Android系统的第一个Java进程(即虚拟机进程)，Zygote是所有Java进程的父进程，Zygote进程本身是由init进程孵化而来的。

Framework层

• Zygote进程，是由init进程通过解析init.rc文件后fork生成的，Zygote进程主要包含

• System Server进程，是由Zygote进程fork而来，System Server是Zygote孵化的第一个进程，System Server负责启动和管理整个Java framework，包含ActivityManager，WindowManager，PackageManager，PowerManager等服务。

• Media Server进程，是由init进程fork而来，负责启动和管理整个C++ framework，包含AudioFlinger，Camera Service等服务。

App层

• Zygote进程孵化出的第一个App进程是Launcher，这是用户看到的桌面App；
• Zygote进程还会创建Browser，Phone，Email等App进程，每个App至少运行在一个进程上。
• 所有的App进程都是由Zygote进程fork生成的。

Syscall && JNI

Native与Kernel之间有一层系统调用(SysCall)层
Java层与Native(C/C++)层之间的纽带JNI

进程关系

当Kernel启动过程会创建init进程, 该进程是所有用户空间的鼻祖, init进程会启动servicemanager(binder服务管家), Zygote进程(Java进程的鼻祖). Zygote进程会创建 system_server进程以及各种app进程

init进程

init是Linux系统中用户空间的第一个进程(pid=1), Kerner启动后会调用/system/core/init/Init.cpp的main()方法.
init进程的主要功能点:

Zygote进程

自动重启机制

当init解析到下面这条语句,便会启动Zygote进程

启动过程：frameworks/base/cmds/app_process/App_main.cpp

AndroidRuntime.start()执行到最后通过反射调用到ZygoteInit.main()，从而进入Java层

退出后自启
当init子进程(Zygote)退出时，会产生SIGCHLD信号，并发送给init进程，通过socket套接字传递数据，调用到wait_for_one_process()方法，根据是否是oneshot，来决定是重启子进程，还是放弃启动。由于缺省模式oneshot=false,因此Zygote一旦被杀便会再次由init进程拉起.

surfaceflinger,servicemanager,zygote自身以及system_server进程被杀都会触发Zygote重启

fork机制

copy-on-write原理：写时拷贝是指子进程与父进程的页表都所指向同一个块物理内存，fork过程只拷贝父进程的页表，并标记这些页表是只读的。父子进程共用同一份物理内存，如果父子进程任一方想要修改这块物理内存，那么会触发缺页异常(page fault)，Linux收到该中断便会创建新的物理内存，并将两个物理内存标记设置为可写状态，从而父子进程都有各自独立的物理内存。

fork()采用copy on write技术，这是linux创建进程的标准方法，调用一次，返回两次，返回值有3种类型。

system_server进程

Zygote通过fork后创建system_server进程。颜色为紫色的流程运行在是Zygote进程，颜色为蓝色的流程是运行在新创建的system_server
在RuntimeInit.invokeStaticMain()通过抛异常MethodAndArgsCaller，然后在外面捕捉进入caller.run()方法，执行system server的main方法

SystemServer.main()-> SystemServer.run()中会启动framework的核心服务

// 主线程looper就在当前线程运行
Looper.prepareMainLooper();

System_server主线程的启动工作,总算完成, 进入Looper.loop()状态,等待其他线程通过handler发送消息再处理.

看下system_server进程调用栈

app进程

创建进程

对于第4点的新进程启动流程类似system server进程的启动

可知进程创建后 接下来会进入ActivityThread.main()过程

public static void main(String[] args) {
    ...
    Environment.initForCurrentUser();
    ...
    Process.setArgV0("");
    //创建主线程looper
    Looper.prepareMainLooper();

    ActivityThread thread = new ActivityThread();
    thread.attach(false); //attach到系统进程

    if (sMainThreadHandler == null) {
        sMainThreadHandler = thread.getHandler();
    }

    //主线程进入循环状态
    Looper.loop();
    throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}

App进程的主线程调用栈的栈底