1 Zygote簡介
- 在Android系統中，DVM(Dalvik虛擬機)、應用程序進程以及運行系統的關鍵服務的SystemServer進程都是由Zygote進程來創建的，我們也將它稱為孵化器。
- 它通過fock(復制進程)的形式來創建應用程序進程和SystemServer進程，由于Zygote進程在啟動時會創建DVM，因此通過fock而創建的應用程序進程和SystemServer進程可以在內部獲取一個DVM的實例拷貝。
- 關于init啟動zygote我們在上一篇文章已經提到了，這里就不贅述了，這篇文章主要分析Android7.0 Zygote的啟動流程。
2 AppRuntime分析
- init啟動zygote時主要是調用app_main.cpp的main函數中的AppRuntime的start來啟動zygote進程的，我們就從app_main.cpp的main函數開始分析，如下所示。
- i注釋1處如果startSystemServer為true的話(默認為true)，將”start-system-server”放入啟動的參數args。
- 注釋2處調用注釋2處這里調用runtime的start函數來啟動zygote進程，并將args傳入，這樣啟動zygote進程后，zygote進程會將SystemServer進程啟動。
frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp
int main(int argc, char* const argv[])
{
...
AppRuntime runtime(argv[0], computeArgBlockSize(argc, argv));
...
Vector<String8> args;
if (!className.isEmpty()) {
args.add(application ? String8("application") : String8("tool"));
runtime.setClassNameAndArgs(className, argc - i, argv + i);
} else {
// We're in zygote mode.
maybeCreateDalvikCache();
if (startSystemServer) {
args.add(String8("start-system-server"));//1如果startSystemServer為true的話(默認為true)，將”start-system-server”放入啟動的參數args。
}
char prop[PROP_VALUE_MAX];
if (property_get(ABI_LIST_PROPERTY, prop, NULL) == 0) {
LOG_ALWAYS_FATAL("app_process: Unable to determine ABI list from property %s.",
ABI_LIST_PROPERTY);
return 11;
}
String8 abiFlag("--abi-list=");
abiFlag.append(prop);
args.add(abiFlag);
for (; i < argc; ++i) {
args.add(String8(argv[i]));
}
}
if (!niceName.isEmpty()) {
runtime.setArgv0(niceName.string());
set_process_name(niceName.string());
}
if (zygote) {
runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote);//2調用runtime的start函數來啟動zygote進程，并將args傳入，這樣啟動zygote進程后，zygote進程會將SystemServer進程啟動。
} else if (className) {
runtime.start("com.android.internal.os.RuntimeInit", args, zygote);
} else {
fprintf(stderr, "Error: no class name or --zygote supplied.\n");
app_usage();
LOG_ALWAYS_FATAL("app_process: no class name or --zygote supplied.");
return 10;
}
}
- runtime指的就是AppRuntime，AppRuntime聲明也在app_main.cpp中，它繼承AndroidRuntime，也就是我們調用start其實是調用AndroidRuntime的start函數：
frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp
void AndroidRuntime::start(const char* className, const Vector<String8>& options, bool zygote)
{
...
/* start the virtual machine */
JniInvocation jni_invocation;
jni_invocation.Init(NULL);
JNIEnv* env;
if (startVm(&mJavaVM, &env, zygote) != 0) {//1調用startVm函數來創建JavaVm(DVM)
return;
}
onVmCreated(env);
if (startReg(env) < 0) {//2調用startReg函數用來為DVM注冊JNI
ALOGE("Unable to register all android natives\n");
return;
}
jclass stringClass;
jobjectArray strArray;
jstring classNameStr;
stringClass = env->FindClass("java/lang/String");
assert(stringClass != NULL);
//創建數組
strArray = env->NewObjectArray(options.size() + 1, stringClass, NULL);
assert(strArray != NULL);
//從app_main的main函數得知className為com.android.internal.os.ZygoteInit
classNameStr = env->NewStringUTF(className);
assert(classNameStr != NULL);
env->SetObjectArrayElement(strArray, 0, classNameStr);
for (size_t i = 0; i < options.size(); ++i) {
jstring optionsStr = env->NewStringUTF(options.itemAt(i).string());
assert(optionsStr != NULL);
env->SetObjectArrayElement(strArray, i + 1, optionsStr);
}
char* slashClassName = toSlashClassName(className);
jclass startClass = env->FindClass(slashClassName);
if (startClass == NULL) {
ALOGE("JavaVM unable to locate class '%s'\n", slashClassName);
/* keep going */
} else {
//找到ZygoteInit的main函數
jmethodID startMeth = env->GetStaticMethodID(startClass, "main",
"([Ljava/lang/String;)V");//3
if (startMeth == NULL) {
ALOGE("JavaVM unable to find main() in '%s'\n", className);
/* keep going */
} else {
//通過JNI調用ZygoteInit的main函數
env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);//4
#if 0
if (env->ExceptionCheck())
threadExitUncaughtException(env);
#endif
}
}
...
}
3 Zygote的Java框架層
- 過JNI調用ZygoteInit的main函數后，Zygote便進入了Java框架層，此前沒有任何代碼進入過Java框架層，換句換說Zygote開創了Java框架層。
- 注釋1處通過registerZygoteSocket函數來創建一個Server端的Socket，這個name為”zygote”的Socket用來等待ActivityManagerService來請求Zygote來創建新的應用程序進程。
- 注釋2處用來預加載類和資源。
- 注釋3處用來啟動SystemServer進程，這樣系統的關鍵服務也會由SystemServer進程啟動起來。
- 注釋4處調用runSelectLoop函數來等待客戶端請求。由此得知，ZygoteInit的main函數主要做了4件事，接下來我們對主要的事件一一進行分析。
frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
public static void main(String argv[]) {
...
try {
...
//注冊Zygote用的Socket
//1通過registerZygoteSocket函數來創建一個Server端的Socket，這個name為”zygote”的Socket用來等待ActivityManagerService來請求Zygote來創建新的應用程序進程
registerZygoteSocket(socketName);
...
//預加載類和資源
preload();//2來預加載類和資源
...
if (startSystemServer) {
//啟動SystemServer進程
startSystemServer(abiList, socketName);//3啟動SystemServer進程，這樣系統的關鍵服務也會由SystemServer進程啟動起來
}
Log.i(TAG, "Accepting command socket connections");
//等待客戶端請求
runSelectLoop(abiList);//4調用runSelectLoop函數來等待客戶端請求
closeServerSocket();
} catch (MethodAndArgsCaller caller) {
caller.run();
} catch (RuntimeException ex) {
Log.e(TAG, "Zygote died with exception", ex);
closeServerSocket();
throw ex;
}
}
registerZygoteSocket
- 注釋1處用來創建LocalServerSocket，也就是服務端的Socket。當Zygote進程將SystemServer進程啟動后，就會在這個服務端的Socket上來等待ActivityManagerService請求Zygote進程來創建新的應用程序進程。
private static void registerZygoteSocket(String socketName) {
if (sServerSocket == null) {
int fileDesc;
final String fullSocketName = ANDROID_SOCKET_PREFIX + socketName;
try {
String env = System.getenv(fullSocketName);
fileDesc = Integer.parseInt(env);
} catch (RuntimeException ex) {
throw new RuntimeException(fullSocketName + " unset or invalid", ex);
}
try {
FileDescriptor fd = new FileDescriptor();
fd.setInt$(fileDesc);
sServerSocket = new LocalServerSocket(fd);//1創建LocalServerSocket，也就是服務端的Socket。
} catch (IOException ex) {
throw new RuntimeException(
"Error binding to local socket '" + fileDesc + "'", ex);
}
}
啟動SystemServer進程
- 注釋1處的代碼用來創建args數組，這個數組用來保存啟動SystemServer的啟動參數，其中可以看出SystemServer進程的用戶id和用戶組id被設置為1000；并且擁有用戶組10011010，1018、1021、1032、30013010的權限；進程名為system_server；啟動的類名為com.android.server.SystemServer。
- 在注釋2處將args數組封裝成Arguments對象并供注釋3的forkSystemServer函數調用。
- 注釋3處調用Zygote的forkSystemServer，主要通過fork函數在當前進程創建一個子進程，如果返回的pid 為0，也就是表示在新創建的子進程中執行的，則執行注釋4處的handleSystemServerProcess來啟動SystemServer進程。
private static boolean startSystemServer(String abiList, String socketName)
throws MethodAndArgsCaller, RuntimeException {
...
/* Hardcoded command line to start the system server */
//注釋1處的代碼用來創建args數組，這個數組用來保存啟動SystemServer的啟動參數，其中可以看出SystemServer進程的用戶id和用戶組id被設置為1000；并且擁有用戶組1001~1010，1018、1021、1032、3001~3010的權限；進程名為system_server；啟動的類名為com.android.server.SystemServer。
/*1*/
String args[] = {
"--setuid=1000",
"--setgid=1000",
"--setgroups=1001,1002,1003,1004,1005,1006,1007,1008,1009,1010,1018,1021,1032,3001,3002,3003,3006,3007,3009,3010",
"--capabilities=" + capabilities + "," + capabilities,
"--nice-name=system_server",
"--runtime-args",
"com.android.server.SystemServer",
};
ZygoteConnection.Arguments parsedArgs = null;
int pid;
try {
parsedArgs = new ZygoteConnection.Arguments(args);//2在注釋2處將args數組封裝成Arguments對象并供注釋3的forkSystemServer函數調用。
ZygoteConnection.applyDebuggerSystemProperty(parsedArgs);
ZygoteConnection.applyInvokeWithSystemProperty(parsedArgs);
/*3*/
//注釋3處調用Zygote的forkSystemServer，主要通過fork函數在當前進程創建一個子進程，如果返回的pid 為0，也就是表示在新創建的子進程中執行的，則執行注釋4處的handleSystemServerProcess來啟動SystemServer進程。
pid = Zygote.forkSystemServer(
parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,
parsedArgs.gids,
parsedArgs.debugFlags,
null,
parsedArgs.permittedCapabilities,
parsedArgs.effectiveCapabilities);
} catch (IllegalArgumentException ex) {
throw new RuntimeException(ex);
}
if (pid == 0) {
if (hasSecondZygote(abiList)) {
waitForSecondaryZygote(socketName);
}
handleSystemServerProcess(parsedArgs);//4
}
return true;
}
runSelectLoop
啟動啟動SystemServer進程后，最后進入runSelectLoop函數，如下所示。
- 注釋1處中的sServerSocket就是我們在registerZygoteSocket函數中創建的服務端Socket，調用sServerSocket.getFileDescriptor()用來獲得該Socket的fd字段的值并添加到fd列表fds中。接下來無限循環用來等待ActivityManagerService請求Zygote進程創建新的應用程序進程。
- 注釋2處通過遍歷將fds存儲的信息轉移到pollFds數組中。
- 最后在注釋3處對pollFds進行遍歷，如果i==0則說明服務端Socket與客戶端連接上，也就是當前Zygote進程與ActivityManagerService建立了連接。
- 則在注釋4處通過acceptCommandPeer函數得到ZygoteConnection類并添加到Socket連接列表peers中，接著將該ZygoteConnection的fd添加到fd列表fds中，以便可以接收到ActivityManagerService發送過來的請求。如果i的值大于0，則說明ActivityManagerService向Zygote進程發送了一個創建應用進程的請求，則在注釋5處調用ZygoteConnection的runOnce函數來創建一個新的應用程序進程。
- 并在成功創建后將這個連接從Socket連接列表peers和fd列表fds中清除。
private static void runSelectLoop(String abiList) throws MethodAndArgsCaller {
ArrayList<FileDescriptor> fds = new ArrayList<FileDescriptor>();
ArrayList<ZygoteConnection> peers = new ArrayList<ZygoteConnection>();
fds.add(sServerSocket.getFileDescriptor());//1注釋1處中的sServerSocket就是我們在registerZygoteSocket函數中創建的服務端Socket，調用sServerSocket.getFileDescriptor()用來獲得該Socket的fd字段的值并添加到fd列表fds中。接下來無限循環用來等待ActivityManagerService請求Zygote進程創建新的應用程序進程。
peers.add(null);
while (true) {
StructPollfd[] pollFds = new StructPollfd[fds.size()];
for (int i = 0; i < pollFds.length; ++i) {//2注釋2處通過遍歷將fds存儲的信息轉移到pollFds數組中。
pollFds[i] = new StructPollfd();
pollFds[i].fd = fds.get(i);
pollFds[i].events = (short) POLLIN;
}
try {
Os.poll(pollFds, -1);
} catch (ErrnoException ex) {
throw new RuntimeException("poll failed", ex);
}
for (int i = pollFds.length - 1; i >= 0; --i) {//3最后在注釋3處對pollFds進行遍歷，如果i==0則說明服務端Socket與客戶端連接上，也就是當前Zygote進程與ActivityManagerService建立了連接。
if ((pollFds[i].revents & POLLIN) == 0) {
continue;
}
if (i == 0) {
ZygoteConnection newPeer = acceptCommandPeer(abiList);//4則在注釋4處通過acceptCommandPeer函數得到ZygoteConnection類并添加到Socket連接列表peers中，接著將該ZygoteConnection的fd添加到fd列表fds中，以便可以接收到ActivityManagerService發送過來的請求。如果i的值大于0，則說明ActivityManagerService向Zygote進程發送了一個創建應用進程的請求，則在注釋5處調用ZygoteConnection的runOnce函數來創建一個新的應用程序進程。
peers.add(newPeer);
fds.add(newPeer.getFileDesciptor());
} else {
boolean done = peers.get(i).runOnce();//5
if (done) {
peers.remove(i);
fds.remove(i);
}
}
}
}
}
4.Zygote進程總結
- Zygote啟動流程就講到這，Zygote進程共做了如下幾件事：
- 1.創建AppRuntime并調用其start方法，啟動Zygote進程。
- 2.創建DVM并為DVM注冊JNI.
- 3.通過JNI調用ZygoteInit的main函數進入Zygote的Java框架層。
- 4.通過registerZygoteSocket函數創建服務端Socket，并通過runSelectLoop函數等待ActivityManagerService的請求來創建新的應用程序進程。
- 5.啟動SystemServer進程。
