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基于Android 6.0的源码剖析， 分析Android启动过程的system_server进程
/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/
- ZygoteInit.java
- RuntimeInit.java
- Zygote.java
/frameworks/base/core/services/java/com/android/server/
- SystemServer.java
/frameworks/base/core/jni/
- com_android_internal_os_Zygote.cpp
- AndroidRuntime.cpp
/frameworks/base/cmds/app_process/App_main.cpp
启动流程
SystemServer的在Android体系中所处的地位，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。 Android系统启动-zygote篇中讲到Zygote启动过程中会调用startSystemServer()，可知startSystemServer()函数是system_server启动流程的起点， 启动流程图如下：
在这里插入图片描述
上图前4步骤（即颜色为紫色的流程）运行在是Zygote进程，从第5步（即颜色为蓝色的流程）ZygoteInit.handleSystemServerProcess开始是运行在新创建的system_server，这是fork机制实现的（fork会返回2次）。下面从startSystemServer()开始讲解详细启动流程。
1. startSystemServer
[–>ZygoteInit.java]
private static boolean startSystemServer(String abiList, String socketName) throws MethodAndArgsCaller, RuntimeException {
...
//参数准备
String args[] = {
"--setuid=1000",
"--setgid=1000",
"--setgroups=1001,1002,1003,1004,1005,1006,1007,1008,1009,1010,1018,1021,1032,3001,3002,3003,3006,3007",
"--capabilities=" + capabilities + "," + capabilities,
"--nice-name=system_server",
"--runtime-args",
"com.android.server.SystemServer",
};
ZygoteConnection.Arguments parsedArgs = null;
int pid;
try {
//用于解析参数，生成目标格式
parsedArgs = new ZygoteConnection.Arguments(args);
ZygoteConnection.applyDebuggerSystemProperty(parsedArgs);
ZygoteConnection.applyInvokeWithSystemProperty(parsedArgs);
// fork子进程，该进程是system_server进程【见小节2】
pid = Zygote.forkSystemServer(
parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,
parsedArgs.gids,
parsedArgs.debugFlags,
null,
parsedArgs.permittedCapabilities,
parsedArgs.effectiveCapabilities);
} catch (IllegalArgumentException ex) {
throw new RuntimeException(ex);
}
//进入子进程system_server
if (pid == 0) {
if (hasSecondZygote(abiList)) {
waitForSecondaryZygote(socketName);
}
// 完成system_server进程剩余的工作 【见小节5】
handleSystemServerProcess(parsedArgs);
}
return true;
}
准备参数并fork新进程，从上面可以看出system server进程参数信息为uid=1000,gid=1000,进程名为sytem_server，从zygote进程fork新进程后，需要关闭zygote原有的socket。另外，对于有两个zygote进程情况，需等待第2个zygote创建完成。
2 forkSystemServer
[–>Zygote.java]
public static int forkSystemServer(int uid, int gid, int[] gids, int debugFlags, int[][] rlimits, long permittedCapabilities, long effectiveCapabilities) {
VM_HOOKS.preFork();
// 调用native方法fork system_server进程【见小节3】
int pid = nativeForkSystemServer(
uid, gid, gids, debugFlags, rlimits, permittedCapabilities, effectiveCapabilities);
if (pid == 0) {
Trace.setTracingEnabled(true);
}
VM_HOOKS.postForkCommon();
return pid;
}
nativeForkSystemServer()方法在AndroidRuntime.cpp中注册的，调用com_android_internal_os_Zygote.cpp中的register_com_android_internal_os_Zygote()方法建立native方法的映射关系，所以接下来进入如下方法。
3. nativeForkSystemServer
[–>com_android_internal_os_Zygote.cpp]
static jint com_android_internal_os_Zygote_nativeForkSystemServer(
JNIEnv* env, jclass, uid_t uid, gid_t gid, jintArray gids,
jint debug_flags, jobjectArray rlimits, jlong permittedCapabilities,
jlong effectiveCapabilities) {
//fork子进程，见【见小节4】
pid_t pid = ForkAndSpecializeCommon(env, uid, gid, gids,
debug_flags, rlimits,
permittedCapabilities, effectiveCapabilities,
MOUNT_EXTERNAL_DEFAULT, NULL, NULL, true, NULL,
NULL, NULL);
if (pid > 0) {
// zygote进程，检测system_server进程是否创建
gSystemServerPid = pid;
int status;
if (waitpid(pid, &status, WNOHANG) == pid) {
//当system_server进程死亡后，重启zygote进程
RuntimeAbort(env);
}
}
return pid;
}
当system_server进程创建失败时，将会重启zygote进程。这里需要注意，对于Android 5.0以上系统，有两个zygote进程，分别是zygote、zygote64两个进程，system_server的父进程，一般来说64位系统其父进程是zygote64进程
- 当kill system_server进程后，只重启zygote64和system_server，不重启zygote;
- 当kill zygote64进程后，只重启zygote64和system_server，也不重启zygote；
- 当kill zygote进程，则重启zygote、zygote64以及system_server。
4. ForkAndSpecializeCommon
[–>com_android_internal_os_Zygote.cpp]
static pid_t ForkAndSpecializeCommon(JNIEnv* env, uid_t uid, gid_t gid, jintArray javaGids, jint debug_flags, jobjectArray javaRlimits, jlong permittedCapabilities, jlong effectiveCapabilities, jint mount_external, jstring java_se_info, jstring java_se_name, bool is_system_server, jintArray fdsToClose, jstring instructionSet, jstring dataDir) {
SetSigChldHandler(); //设置子进程的signal信号处理函数
pid_t pid = fork(); //fork子进程
if (pid == 0) {
//进入子进程
DetachDescriptors(env, fdsToClose); //关闭并清除文件描述符
if (!is_system_server) {
//对于非system_server子进程，则创建进程组
int rc = createProcessGroup(uid, getpid());
}
SetGids(env, javaGids); //设置设置group
SetRLimits(env, javaRlimits); //设置资源limit
int rc = setresgid(gid, gid, gid);
rc = setresuid(uid, uid, uid);
SetCapabilities(env, permittedCapabilities, effectiveCapabilities);
SetSchedulerPolicy(env); //设置调度策略
//selinux上下文
rc = selinux_android_setcontext(uid, is_system_server, se_info_c_str, se_name_c_str);
if (se_info_c_str == NULL && is_system_server) {
se_name_c_str = "system_server";
}
if (se_info_c_str != NULL) {
SetThreadName(se_name_c_str); //设置线程名为system_server，方便调试
}
UnsetSigChldHandler(); //设置子进程的signal信号处理函数为默认函数
//等价于调用zygote.callPostForkChildHooks()
env->CallStaticVoidMethod(gZygoteClass, gCallPostForkChildHooks, debug_flags,
is_system_server ? NULL : instructionSet);
...
} else if (pid > 0) {
//进入父进程，即zygote进程
}
return pid;
}
fork()创建新进程，采用copy on write方式，这是linux创建进程的标准方法，会有两次return,对于pid==0为子进程的返回，对于pid>0为父进程的返回。 到此system_server进程已完成了创建的所有工作，接下来开始了system_server进程的真正工作。在前面startSystemServer()方法中，zygote进程执行完forkSystemServer()后，新创建出来的system_server进程便进入handleSystemServerProcess()方法。关于fork()，可查看另一个文章理解Android进程创建流程。
5. handleSystemServerProcess
[–>ZygoteInit.java]
private static void handleSystemServerProcess( ZygoteConnection.Arguments parsedArgs) throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
closeServerSocket(); //关闭父进程zygote复制而来的Socket
Os.umask(S_IRWXG | S_IRWXO);
if (parsedArgs.niceName != null) {
Process.setArgV0(parsedArgs.niceName); //设置当前进程名为"system_server"
}
final String systemServerClasspath = Os.getenv("SYSTEMSERVERCLASSPATH");
if (systemServerClasspath != null) {
//执行dex优化操作【见小节6】
performSystemServerDexOpt(systemServerClasspath);
}
if (parsedArgs.invokeWith != null) {
String[] args = parsedArgs.remainingArgs;
if (systemServerClasspath != null) {
String[] amendedArgs = new String[args.length + 2];
amendedArgs[0] = "-cp";
amendedArgs[1] = systemServerClasspath;
System.arraycopy(parsedArgs.remainingArgs, 0, amendedArgs, 2, parsedArgs.remainingArgs.length);
}
//启动应用进程
WrapperInit.execApplication(parsedArgs.invokeWith,
parsedArgs.niceName, parsedArgs.targetSdkVersion,
VMRuntime.getCurrentInstructionSet(), null, args);
} else {
ClassLoader cl = null;
if (systemServerClasspath != null) {
// 创建类加载器，并赋予当前线程
cl = new PathClassLoader(systemServerClasspath, ClassLoader.getSystemClassLoader());
Thread.currentThread().setContextClassLoader(cl);
}
//system_server故进入此分支【见小节7】
RuntimeInit.zygoteInit(parsedArgs.targetSdkVersion, parsedArgs.remainingArgs, cl);
}
/* should never reach here */
}
此处systemServerClasspath环境变量主要有/system/framework/目录下的services.jar，ethernet-service.jar, wifi-service.jar这3个文件
6. performSystemServerDexOpt
[–>ZygoteInit.java]
private static void performSystemServerDexOpt(String classPath) {
final String[] classPathElements = classPath.split(":");
//创建一个与installd的建立socket连接
final InstallerConnection installer = new InstallerConnection();
//执行ping操作，直到与installd服务端连通为止
installer.waitForConnection();
final String instructionSet = VMRuntime.getRuntime().vmInstructionSet();
try {
for (String classPathElement : classPathElements) {
final int dexoptNeeded = DexFile.getDexOptNeeded(
classPathElement, "*", instructionSet, false /* defer */);
if (dexoptNeeded != DexFile.NO_DEXOPT_NEEDED) {
//以system权限，执行dex文件优化
installer.dexopt(classPathElement, Process.SYSTEM_UID, false,
instructionSet, dexoptNeeded);
}
}
} catch (IOException ioe) {
throw new RuntimeException("Error starting system_server", ioe);
} finally {
installer.disconnect(); //断开与installd的socket连接
}
}
将classPath字符串中的apk，分别进行dex优化操作。真正执行优化工作通过socket通信将相应的命令参数，发送给installd来完成。
7. zygoteInit
[–>RuntimeInit.java]
public static final void zygoteInit(int targetSdkVersion, String[] argv, ClassLoader classLoader) throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "RuntimeInit");
redirectLogStreams(); //重定向log输出
commonInit(); // 通用的一些初始化【见小节8】
nativeZygoteInit(); // zygote初始化 【见小节9】
applicationInit(targetSdkVersion, argv, classLoader); // 应用初始化【见小节10】
}
8. commonInit
[–>RuntimeInit.java]
private static final void commonInit() {
// 设置默认的未捕捉异常处理方法
Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler(new UncaughtHandler());
// 设置市区，中国时区为"Asia/Shanghai"
TimezoneGetter.setInstance(new TimezoneGetter() {
@Override
public String getId() {
return SystemProperties.get("persist.sys.timezone");
}
});
TimeZone.setDefault(null);
//重置log配置
LogManager.getLogManager().reset();
new AndroidConfig();
// 设置默认的HTTP User-agent格式,用于 HttpURLConnection。
String userAgent = getDefaultUserAgent();
System.setProperty("http.agent", userAgent);
// 设置socket的tag，用于网络流量统计
NetworkManagementSocketTagger.install();
}
默认的HTTP User-agent格式，例如：
"Dalvik/1.1.0 (Linux; U; Android 6.0.1；LenovoX3c70 Build/LMY47V)".
9. nativeZygoteInit
nativeZygoteInit()方法在AndroidRuntime.cpp中，进行了jni映射，对应下面的方法。
[–>AndroidRuntime.cpp]
static void com_android_internal_os_RuntimeInit_nativeZygoteInit(JNIEnv* env, jobject clazz) {
//此处的gCurRuntime为AppRuntime，是在AndroidRuntime.cpp中定义的
gCurRuntime->onZygoteInit();
}
[–>app_main.cpp]
virtual void onZygoteInit() {
sp proc = ProcessState::self();
proc->startThreadPool(); //启动新binder线程
}
ProcessState::self()是单例模式，主要工作是调用open()打开/dev/binder驱动设备，再利用mmap()映射内核的地址空间，将Binder驱动的fd赋值ProcessState对象中的变量mDriverFD，用于交互操作。startThreadPool()是创建一个新的binder线程，不断进行talkWithDriver()，在binder系列文章中的注册服务(addService)详细这两个方法的执行原理。
10. applicationInit
[–>RuntimeInit.java]
private static void applicationInit(int targetSdkVersion, String[] argv, ClassLoader classLoader) throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
//true代表应用程序退出时不调用AppRuntime.onExit()，否则会在退出前调用
nativeSetExitWithoutCleanup(true);
//设置虚拟机的内存利用率参数值为0.75
VMRuntime.getRuntime().setTargetHeapUtilization(0.75f);
VMRuntime.getRuntime().setTargetSdkVersion(targetSdkVersion);
final Arguments args;
try {
args = new Arguments(argv); //解析参数
} catch (IllegalArgumentException ex) {
return;
}
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
//调用startClass的static方法 main() 【见小节11】
invokeStaticMain(args.startClass, args.startArgs, classLoader);
}
在startSystemServer()方法中通过硬编码初始化参数，可知此处args.startClass为”com.android.server.SystemServer”。
11. invokeStaticMain
[–>RuntimeInit.java]
private static void invokeStaticMain(String className, String[] argv, ClassLoader classLoader) throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
Class cl = Class.forName(className, true, classLoader);
...
Method m;
try {
m = cl.getMethod("main", new Class[] { String[].class });
} catch (NoSuchMethodException ex) {
...
} catch (SecurityException ex) {
...
}
int modifiers = m.getModifiers();
if (! (Modifier.isStatic(modifiers) && Modifier.isPublic(modifiers))) {
...
}
//通过抛出异常，回到ZygoteInit.main()。这样做好处是能清空栈帧，提高栈帧利用率。【见小节12】
throw new ZygoteInit.MethodAndArgsCaller(m, argv);
}
12. MethodAndArgsCaller
在Android系统启动-zygote篇中遗留了一个问题没有讲解，如下：
[–>ZygoteInit.java]
public static void main(String argv[]) {
try {
startSystemServer(abiList, socketName);//启动system_server
....
} catch (MethodAndArgsCaller caller) {
caller.run(); //【见小节13】
} catch (RuntimeException ex) {
closeServerSocket();
throw ex;
}
}
现在已经很明显了，是invokeStaticMain()方法中抛出的异常MethodAndArgsCaller，从而进入caller.run()方法。
[–>ZygoteInit.java]
public static class MethodAndArgsCaller extends Exception implements Runnable {
public void run() {
try {
//根据传递过来的参数，可知此处通过反射机制调用的是SystemServer.main()方法
mMethod.invoke(null, new Object[] { mArgs });
} catch (IllegalAccessException ex) {
throw new RuntimeException(ex);
} catch (InvocationTargetException ex) {
Throwable cause = ex.getCause();
if (cause instanceof RuntimeException) {
throw (RuntimeException) cause;
} else if (cause instanceof Error) {
throw (Error) cause;
}
throw new RuntimeException(ex);
}
}
}
到此，总算是进入到了SystemServer类的main()方法， 在文章Android系统启动-SystemServer下篇中会紧接着这里开始讲述。