Android启动流程

1启动流程图

2Android启动类图

3init.rc初始化

service zygote/system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote--start-system-server     classmain     socketzygote stream 666     onrestartwrite /sys/android_power/request_state wake     onrestartwrite /sys/power/state on     onrestartrestart media     onrestartrestart netd

以上是在init.rc中定义了一个名称为zygote的服务，首先第一行中使用service指令告诉操作系统将zygote程序加入到系统服务中，service的语法如下：

service service_name  可执行程序的路径  可执行程序自身所需的参数列表

此处的服务被定义为zygote，理论上讲该服务的名称可以是任意的。可执行程序的路径正是/system/bin/app_process，参数一共包含四个，分别如下：

Ø         -Xzygote，该参数将作为虚拟机启动时所需要的参数，是在AndroidRuntime.cpp类的startVm()函数中调用JNI_CreateJavaVM()时被使用的。

Ø         /system/bin，代表虚拟机程序所在目录，因为app_process完全可以不和虚拟机在同一个目录，而在app_process内部的AndroidRuntime类内部需要知道虚拟机所在的目录。

Ø         --zygote，指明以ZygoteInit类作为虚拟机执行的入口，如果没有--zygote参数，则需要明确指定需要执行的类名。

Ø         --start-system-server，仅在指定--zygote参数时才有效，意思是告知ZygoteInit启动完毕后孵化出第一个进程SystemServer。

接下来的配置命令socket用于指定该服务所使用到的socket，后面的参数依次是名称、类型、端口地址。onrestart命令指定该服务重启的条件，即当满足这些条件后，zygote服务就需要重启，这些条件一般是一些系统异常条件。

System/core/init/init.c里定义了一个main函数，是android启动的入口，之后解析init.rc中定义的服务

4 zygote分析

    Zygote本身是一个Native应用程序，根据上一节可知，它是由Init进程根据init.rc文件中的配置项来创建的。

程序入口：frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp

int main(int argc,const char* const argv[]) {     while(i < argc) {         constchar* arg = argv[i++];         if(!parentDir) {             parentDir= arg;         }else if (strcmp(arg, "--zygote") == 0) {             zygote= true;             niceName= "zygote";         }else if (strcmp(arg, "--start-system-server") == 0) {             startSystemServer= true;         }else if (strcmp(arg, "--application") == 0) {             application= true;         }else if (strncmp(arg, "--nice-name=", 12) == 0) {             niceName= arg + 12;         }else {             className= arg;             break;         }     }     runtime.mParentDir= parentDir;     if(zygote) {         runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit",start-system-server);     }

这个main函数主要是解析init.rc传进来的参数，最重要的功能是由AppRuntime的start方法来完成。

2.1AppRuntime分析

AppRuntime类的声明和实现都在App_main.cpp中，是由AndroidRuntime类派生出来的，并且重载了onStarted、onZygoteInit和onExit函数。入口：

AndroidRuntime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit","start-system-server")

voidAndroidRuntime::start(const char* className, const char*options) {   //创建虚拟机     JNIEnv*env;     if(startVm(&mJavaVM,&env) != 0) {         return; } //注册JNI函数 if (startReg(env) <0) {         LOGE("Unableto register all android natives\n");         return; } …….   char* slashClassName =toSlashClassName(className);     jclassstartClass =env->FindClass(slashClassName);     if(startClass == NULL) {         LOGE("JavaVMunable to locate class '%s'\n", slashClassName);     }else {         jmethodIDstartMeth = env->GetStaticMethodID(startClass,"main",             "([Ljava/lang/String;)V");         if(startMeth == NULL) {             LOGE("JavaVMunable to find main() in '%s'\n", className);         }else {             env->CallStaticVoidMethod(startClass,startMeth, strArray);         }     }   }

通过以上代码分析，AndroidRuntime.start()方法主要是为了进入java世界做准备，分为三件事情：

Ø         创建虚拟机——startVm。调用JNI的虚拟机创建函数，其参数都是在startVm中确定的。

Ø         注册JNI函数——startReg。Java世界用到的一些函数是采用native方式实现的，所以需要给虚拟机注册这些函数。

Ø         进入java世界的入口。调用env->CallStaticVoidMethod(startClass,startMeth, strArray)进入java世界，这个JNI调用的意义是，调用com.android.internal.os.ZygoteInit java类的main函数，传递的参数是

“com.android.internal.os.ZygoteInit  start-system-server”。

2.2java 世界

由上一小节可知，CallStaticVoidMethod最终调用com.android.internal.os.ZygoteInit的main函数。

public static voidmain(String argv[]) {             registerZygoteSocket();             preload();             if(argv[1].equals("start-system-server")) {                 startSystemServer();             }             if(ZYGOTE_FORK_MODE) {                 runForkMode();             }else {                 runSelectLoopMode();             }             closeServerSocket();     }

 

以上列出ZygoteInit类main函数几个重要的处理函数，其主要完成了4大关键点：

1、  注册Socket服务端——registerZygoteSocket

private static voidregisterZygoteSocket() {         if(sServerSocket == null) {             intfileDesc;             try{                 Stringenv = System.getenv(ANDROID_SOCKET_ENV);                 fileDesc= Integer.parseInt(env);             }catch (RuntimeException ex) {                 thrownew RuntimeException(                         ANDROID_SOCKET_ENV+ " unset or invalid", ex);             }             try{                 sServerSocket= new LocalServerSocket(                         createFileDescriptor(fileDesc));             }catch (IOException ex) {                 thrownew RuntimeException(                         "Errorbinding to local socket '" + fileDesc + "'", ex);             }         }     }

    Zygote及系统中其他程序的通信没有使用Binder通信，而是采用了基于AF_UNIX类型的Socket通信，以上代码就是注册Socket通信的服务端，用于监听客户端发过来的消息。

2、  预加载类和资源

Preload()方法完成预加载类和资源，其中调用preloadClassed()预加载类，调用preloadResources预加载资源。

Ø         preloadClassed

在frameworks/base目录中有一个名为“preloaded-classes”的文件，罗列出所有需要加载的类，是有framework/base/tools/preload工具生成的。

Ø         preloadResources

主要加载framework-res.apk中的资源。

3、  启动system_server进程

private static booleanstartSystemServer()             throwsMethodAndArgsCaller, RuntimeException {         intpid;         try{                          pid= Zygote.forkSystemServer(                     parsedArgs.uid,parsedArgs.gid,                     parsedArgs.gids,                     parsedArgs.debugFlags,                     null,                     parsedArgs.permittedCapabilities,                     parsedArgs.effectiveCapabilities);         }catch (IllegalArgumentExceptionex) {             thrownew RuntimeException(ex);         }                  if(pid == 0) {             handleSystemServerProcess(parsedArgs);         }         returntrue;     }

    这里创建了java世界中系统service所在的进程system_server，该进程是framework的核心，如果它死了，就会导致zygote自杀。通过调用Zygote.forkSystemServer这个函数创建出system_server进程，其工作是在handleSystemServerProcess(parsedArgs)方法中。

4、  等待客户端请求——runSelectLoopMode

private static voidrunSelectLoopMode() throws MethodAndArgsCaller {         while(true) {             fds.add(sServerSocket.getFileDescriptor());             try{                 fdArray= fds.toArray(fdArray);                 index= selectReadable(fdArray);             }catch (IOException ex) {                 thrownew RuntimeException("Error in select()", ex);             }             if(index < 0) {                 thrownew RuntimeException("Error in select()");             }else if (index == 0) {                 ZygoteConnectionnewPeer = acceptCommandPeer();                 peers.add(newPeer);                 fds.add(newPeer.getFileDesciptor());             }else {                 booleandone= peers.get(index).runOnce();             }         }     }

sServerSocket是第1点中在registerZygoteSocket中建立的Socket，selectReadable内部调用select，当客户端连接或有数据时，selectReadable就会有返回。客户端在Zygote的代表是ZygoteConnection，当有一个客户端连接上的时候index==0，当客户端发送请求的时候，index>0,后续处理由ZygoteConnection.runOnce()完成.

5SystemServer分析

5.1SystemServer的创建

    由第二节介绍可知，在ZygoteInit中调用native函数Zygote.forkSystemServer()创建的的进程。

5.2SystemServer的工作

   SystemServer创建后，就与Zygote区分开来，有了自己的使命：

pid=Zygote.forkSystemServer() if (pid == 0){             handleSystemServerProcess(parsedArgs);         }

   调用handleSystemServerProcess来完成自己的工作。

privatestatic void handleSystemServerProcess(             ZygoteConnection.ArgumentsparsedArgs)             throwsZygoteInit.MethodAndArgsCaller {             closeServerSocket();             RuntimeInit.zygoteInit(parsedArgs.targetSdkVersion,parsedArgs.remainingArgs);         }     }

调用closeServerSocket()关闭从Zygote那里继承下来的Socket，接着调用RuntimeInit.zygoteInit，再接着调用RuntimeInit.invokeStaticMain方法去调用com.android.server.SystemServer的main函数，这才是SystemServer的真面目：

publicstatic void main(String[] args) {         ……         //加载libandroid_servers.so库         System.loadLibrary("android_servers");         //调用native的init1函数         init1(args);     }

其中main函数将加载libandroid_servers.so库，这个库所包含的源码文件在文件夹framwork/base/services/jni下。

Ø         init1分析

init1是native函数，在com_android_server_SystemServer.cpp中实现，其主要工作是创建一些系统服务，然后把调用线程加入到Binder通信中。期间还通过JNI调用了com.android.server.SystemServer类中的init2函数。

 

Ø         init2分析

publicstatic final void init2() {         Threadthr = new ServerThread();         thr.setName("android.server.ServerThread");         thr.start();     }

   启动了一个serverThread线程，用以启动系统各项重要服务，例如启动电源管理服务、电池管理服务、windowManager服务、ActivityManager服务等，总之，系统各项重要的服务都在这里被启动。

6 客户端发送请求分析

Zygote创建出system_server后，就通过runSelectLoopMode等待并处理来自客户端的消息。我们以创建一个Activity的启动为例，具体分析Zygote是如何分裂和繁殖的。

6.1ActivityManagerService发送请求

ActivityManagerService是由System_server创建的。假设通过startActivity来启动一个新的Activity，并且它不属于一个未启动的进程，从ActivityManagerService中的startProcessLocked函数看,代码如下所示：

[àActivityManagerService.java]

privatefinal void startProcessLocked(ProcessRecord app,             StringhostingType, String hostingNameStr) { …… Process.ProcessStartResult startResult =Process.start("android.app.ActivityThread",                     app.processName,uid, uid, gids, debugFlags,                     app.info.targetSdkVersion,null); ……. }

Process类是android提供的，并非JDK的Process类，是android.os.Process,start函数代码如下：

[àProcess.java]

publicstatic final ProcessStartResult start(final StringprocessClass,                                   finalString niceName,                                   intuid, int gid, int[] gids,                                   intdebugFlags, int targetSdkVersion,                                   String[]zygoteArgs) {             return startViaZygote(processClass,niceName, uid, gid, gids,                     debugFlags,targetSdkVersion, zygoteArgs);     …..     }

[àProcess.java::startViaZygote()]

privatestatic ProcessStartResult startViaZygote(final StringprocessClass,                                   finalString niceName,                                   finalint uid, final int gid,                                   finalint[] gids,                                   intdebugFlags, int targetSdkVersion,                                   String[]extraArgs)                                   throwsZygoteStartFailedEx {             argsForZygote.add("--runtime-init");//一些参数设置             argsForZygote.add("--setuid="+ uid);             argsForZygote.add("--setgid="+ gid);             ……             return zygoteSendArgsAndGetResult(argsForZygote);         }     }

[àProcess.java:: zygoteSendArgsAndGetResult()]

privatestatic ProcessStartResultzygoteSendArgsAndGetResult(ArrayList<String>args)             throwsZygoteStartFailedEx {            //打开与Zygote通信的Socket            openZygoteSocketIfNeeded();            //把请求参数发送到Zygote            sZygoteWriter.write(Integer.toString(args.size()));            sZygoteWriter.newLine();             ……             sZygoteWriter.write(arg);             sZygoteWriter.newLine();             }             //等待Zygote处理结束，获取创建进程的pid             sZygoteWriter.flush();             ProcessStartResultresult = new ProcessStartResult();             result.pid= sZygoteInputStream.readInt();             if(result.pid < 0) {                 thrownew ZygoteStartFailedEx("fork() failed");             }             result.usingWrapper= sZygoteInputStream.readBoolean();             returnresult;     }

 

6.2响应客户端请求

[àZygoteInit.java:: runSelectLoopMode()]

private static voidrunSelectLoopMode() throws MethodAndArgsCaller {         while(true) {             fds.add(sServerSocket.getFileDescriptor());             try{                 fdArray= fds.toArray(fdArray);                 index= selectReadable(fdArray);             }catch (IOException ex) {                 thrownew RuntimeException("Error in select()", ex);             }             }else if (index == 0) {                 ZygoteConnectionnewPeer = acceptCommandPeer();                 peers.add(newPeer);                 fds.add(newPeer.getFileDesciptor());             }else {                 booleandone= peers.get(index).runOnce();             }         }     }

每当有请求数据发来，Zygote就会用ZygoteConnetion的runOnce函数处理数据：

[àZygoteConnetion.java:: runOnce()]

booleanrunOnce() throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {             args= readArgumentList();             descriptors= mSocket.getAncillaryFileDescriptors();             …..             parsedArgs= new Arguments(args);             …..             pid= Zygote.forkAndSpecialize(parsedArgs.uid,parsedArgs.gid,                     parsedArgs.gids,parsedArgs.debugFlags, rlimits);             …..             if(pid == 0) {                 IoUtils.closeQuietly(serverPipeFd);                 serverPipeFd= null;                 handleChildProc(parsedArgs,descriptors, childPipeFd, newStderr);                 returntrue;             }else {                   returnhandleParentProc(pid, descriptors, serverPipeFd,parsedArgs);             }          }

调用readArgumentList()读取System_server发送过来的参数，然后调用Zygote.forkAndSpecialize()创一个子进程,接着调用handleChidProc进行子进程的处理，其实就是要创建Activity对应的子进程。

[àZygoteConnetion.java:: handleChildProc()]

privatevoid handleChildProc(Arguments parsedArgs,             FileDescriptor[]descriptors, FileDescriptor pipeFd, PrintStreamnewStderr)             throwsZygoteInit.MethodAndArgsCaller { if (parsedArgs.runtimeInit) {                 RuntimeInit.zygoteInit(parsedArgs.targetSdkVersion,                        parsedArgs.remainingArgs);             } }

RuntimeInit.zygoteInit()大家应该熟悉了，在创建System_server的时候用到。这里也一样，调用RuntimeInit.zygoteInit()之后，再调用RuntimeInit. invokeStaticMain去执行android.app.ActivityThread类的main函数，这也就是apk程序对应的main函数。

6.3Zygote响应请求流程