Framework - Zygote

一、概念

Zygote是 Android 中的第一个进程，负责孵化（fork）其它进程，而它自己由 Linux 内核启动的用户级进程 Init 创建。

二、作用

        应用程序不能直接以本地进程的形态运行，必须在一个独立的虚拟机中运行，一些系统资源每个APP都会用到，如果每次都重新启动一个虚拟机，将严重拖慢应用程序的启动速度。

        Linux 中 fork 出的子进程与父进程共享内存资源（子进程能访问父进程资源），只有当子进程改写内存时，操作系统才会为其分配一个新页面，并将老页面上的数据复制一份到新页面，这就是写时拷贝机制（Copy On Write，fork操作不会将进程中所有线程拷贝，只会拷贝当前线程）。

        Zygote进程在初始化时会创建虚拟机并加载一些APP都会用到的系统资源，这样 fork 出的子进程能共享这些资源，接下来只需装载 apk 文件的字节码就可以运行应用程序了，可以大大缩短应用的启动时间。

三、启动过程

3.1 init.rc

入口：system/core/rootdir/init.rc

Zygote进程由 Linux 中的 init 进程解析 init.rc 文件（Linux命令脚本）以 Service 的方式启动，根据系统属性 ro.zygote 的具体值，加载不同的描述Zygote的rc脚本。

3.2 Native中

入口main函数：frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp

最初名字叫“app_process”，这个名字是在Android.mk文件中指定的，但是在运行过程中Linux下的pctrl系统调用将名字换成了“zygote”。

int main(int argc, char* const argv[]) {
    //创建虚拟机
    AppRuntime runtime(argv[0], computeArgBlockSize(argc, argv));
    //解析 init.rc 中的参数
    while(i < argc) {...}
    //app_process改名zygote
    runtime.setArgv0(niceName.string(), true);
    //执行ZygoteInit切换到Java世界
    if(zygote) {
        runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote);
    } else if (className) {
        runtime.start("com.android.internal.os.RuntimeInit", args, zygote);
    }
}

• 创建虚拟机：
• 注册Android的JNI函数：
• 进入到Java世界：

3.3 Java中

入口main函数：frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java

public static void main(String argv[]) {
    //创建Server端的Socket用来通信
    zygoteServer.registerServerSocket(socketName);
    //预加载类和资源
    preload(bootTimingsTraceLog);
    //开启SystemService
    forkSystemServer(abiList, socketName, zygoteServer);
    //开启死循环监听Client端的消息
    zygoteServer.runSelectLoop(abiList);
}

• 建立Socket通信：创建一个Server端的Socket用于Zygote与其它进程通信。（ANDROID_SOCKET_zygote，一旦有新进程需要执行系统就通过这个 socket 跟 zygote 通信）。
• 预加载类和资源：常用类文件、Resources资源、HALs资源、opengl、webview等一般都是只读的不会进行修改，而且是很多应用都可能会用到的，因此预先加载后，通过 Zygote 孵化出的进程共享虚拟机内存和框架层资源，这样大幅度提高应用程序的启动和运行速度。（类加载机制：加载子类都会先加载父类。被大量APP继承的基类就不会每次都要加载如AppCompatActivity）。
• 启动SystemService：
• 开启Loop循环：等待 Client 端消息去创建应用进程。

 通讯机制 Socket

进程间通信是一对多模型，支持C/S（Client-Server）架构的只有 Socket 和 Binder，而采用 Socket 而不是 Binder 是因为：

• Binder 机制复杂：首先zygote要启用binder机制，需要打开binder驱动，获得一个描述符，再通过mmap进行内存映射，还要注册binder线程，这还不够，还要创建一个binder对象注册到serviceManager，另外AMS要向zygote发起创建应用进程请求的话，要先从serviceManager查询zygote的binder对象，然后再发起binder调用，这来来回回好几趟非常繁琐，相比之下，zygote和SystemServer进程本来就是父子关系，对于简单的消息通信，用管道或者socket非常方便省事。
• 隔离：如果zygote启用binder机制，再fork出SystemServer，那么SystemServer就会继承了zygote的描述符以及映射的内存，这两个进程在binder驱动层就会共用一套数据结构，这显然是不行的，所以还得先给原来的旧的描述符关掉，再重新启用一遍binder机制，这个就是自找麻烦了。
• 性能问题：开进程是一个效率低的事情（处理慢），而Binder是一个传输效率高的机制（请求快），假如一下子开10个进程会导致请求都堵在那里，从200M飙到2G打乱系统内存分配。