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android源码分析-Zygote

zhunjiee / 1834人阅读

摘要：入口函数是创建确认是进程执行进程如果忽略掉参数这些细节，剩下的就是的建立和调用的方法了，启动的是。下面再看下其实主要的就是这句话，前面的都是参数的配置。至此为止，的过程基本分析完毕。

android也是基于linux的系统，因此所有的进程都是从init进程开始的（直接或间接的从init进程fock出来的）。Zygote是受精卵进程，也是系统启动过程中由init进程创建的，具体的看下启动脚本/system/core/rootdir/init.zygote64.rc：

service zygote /system/bin/app_process64 -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server
class main
priority -20
user root
group root readproc
socket zygote stream 660 root system
onrestart write /sys/android_power/request_state wake
onrestart write /sys/power/state on
onrestart restart audioserver
onrestart restart cameraserver
onrestart restart media
onrestart restart netd
onrestart restart wificond
writepid /dev/cpuset/foreground/tasks

可以看出，要执行的进程是/system/bin/app_process64。代码在/frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp。入口函数是main:

......
// 创建AppRuntime
AppRuntime runtime(argv[0], computeArgBlockSize(argc, argv));
......
while (i < argc) {
    const char* arg = argv[i++];
    if (strcmp(arg, "--zygote") == 0) {
        // 确认是zygote进程
        zygote = true;
        niceName = ZYGOTE_NICE_NAME;
    } 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.setTo(arg + 12);
    } else if (strncmp(arg, "--", 2) != 0) {
        className.setTo(arg);
        break;
    } else {
        --i;
        break;
    }
}
......
if (zygote) {
    // 执行zygote进程
    runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote);
} else if (className) {
    runtime.start("com.android.internal.os.RuntimeInit", args, zygote);
} else {
    fprintf(stderr, "Error: no class name or --zygote supplied.
");
    app_usage();
    LOG_ALWAYS_FATAL("app_process: no class name or --zygote supplied.");
}
......

如果忽略掉参数这些细节，剩下的就是AppRuntime的建立和调用AppRuntime的start方法了，启动的是com.android.internal.os.ZygoteInit。
看下AppRuntime：

class AppRuntime : public AndroidRuntime
{
public:
    AppRuntime(char* argBlockStart, const size_t argBlockLength)
        : AndroidRuntime(argBlockStart, argBlockLength)
        , mClass(NULL)
    {
    }
    ......
};

构造函数中调用了基类的构造方法，基类在/frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp：

AndroidRuntime::AndroidRuntime(char* argBlockStart, const size_t argBlockLength) :
        mExitWithoutCleanup(false),
        mArgBlockStart(argBlockStart),
        mArgBlockLength(argBlockLength)
{
    SkGraphics::Init();
    // There is also a global font cache, but its budget is specified by
    // SK_DEFAULT_FONT_CACHE_COUNT_LIMIT and SK_DEFAULT_FONT_CACHE_LIMIT.

    // Pre-allocate enough space to hold a fair number of options.
    mOptions.setCapacity(20);

    assert(gCurRuntime == NULL);        // one per process
    gCurRuntime = this;
}

保留了自己作为全局gCurRuntime。
直接看start方法：

void AndroidRuntime::start(const char* className, const Vector& options, bool zygote)
{
    ......
    JniInvocation jni_invocation;
    jni_invocation.Init(NULL);
    JNIEnv* env;
    // 启动虚拟机
    if (startVm(&mJavaVM, &env, zygote) != 0) {
        return;
    }
    // 回调虚拟机的创建
    onVmCreated(env);

    /*
     * Register android functions.
     */
     // 注册函数
    if (startReg(env) < 0) {
        ALOGE("Unable to register all android natives
");
        return;
    }
    ......
    jclass stringClass;
    jobjectArray strArray;
    jstring classNameStr;

    // 获得一个string的对象的引用
    stringClass = env->FindClass("java/lang/String");
    assert(stringClass != NULL);
    // 创建一个String数组对象
    strArray = env->NewObjectArray(options.size() + 1, stringClass, NULL);
    assert(strArray != NULL);
    classNameStr = env->NewStringUTF(className);
    assert(classNameStr != NULL);
    // 设置第一个string数组的第一个元素是classNameStr，在这里就是ZygoteInit的全名
    env->SetObjectArrayElement(strArray, 0, classNameStr);
    // 设置其他参数
    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);
    }

    /*
     * Start VM.  This thread becomes the main thread of the VM, and will
     * not return until the VM exits.
     */
     // 转换类中间的.为/，这里是转换格式
    char* slashClassName = toSlashClassName(className);
    // 从jni环境中找到这个类
    jclass startClass = env->FindClass(slashClassName);
    if (startClass == NULL) {
        ALOGE("JavaVM unable to locate class "%s"
", slashClassName);
        /* keep going */
    } else {
        // 调用找到的类的main方法，这里就是调用ZygoteInit的main方法
        jmethodID startMeth = env->GetStaticMethodID(startClass, "main",
            "([Ljava/lang/String;)V");
        if (startMeth == NULL) {
            ALOGE("JavaVM unable to find main() in "%s"
", className);
            /* keep going */
        } else {
            env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);

#if 0
            if (env->ExceptionCheck())
                threadExitUncaughtException(env);
#endif
        }
    }
    free(slashClassName);
    ......
}

关键部分已经给出了注释。总结一下：
1.启动虚拟机startVM；
2.通过startReg注册jni方法；
3.调用ZygoteInit类的main方法；
startVm基本上就是为这个进程建立一个Dalvik虚拟机环境，为当前线程初始化一个jni环境。startReg基本上是注册一大堆的jni方法，以供后面调用。不是本文重点，因此这里不再累述。

下面我们要关注的是ZygoteInit类的main方法了。
/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java：

public static void main(String argv[]) {
    ZygoteServer zygoteServer = new ZygoteServer();
    ......
    zygoteServer.registerServerSocket(socketName);
    ......
    preload();
    ......
    if (startSystemServer) {
        startSystemServer(abiList, socketName, zygoteServer);
    }
    ......
    zygoteServer.runSelectLoop(abiList);
    ......
}

1.创建ZygoteServer（可以看出是个cs架构的东西）;
2.注册socket（使用socket进行通讯方式）；
3.预加载；
4.启动SystemServer；
5.运行select循环体；
里面涉及到ZygoteHooks的运转，为了不影响整体，暂时做个标记，后面再阅读。
这里可以看到Zygote基本上是个cs架构的情况，并且通过socket进行这种架构的通讯。先来看看预加载过程：

    static void preload() {
        Log.d(TAG, "begin preload");
        Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_DALVIK, "BeginIcuCachePinning");
        beginIcuCachePinning();
        Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_DALVIK);
        Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_DALVIK, "PreloadClasses");
        //预加载位于framework/base/preload-classes文件中的类
        preloadClasses();
        Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_DALVIK);
        Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_DALVIK, "PreloadResources");
        // 预加载资源
        preloadResources();
        Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_DALVIK);
        Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_DALVIK, "PreloadOpenGL");
        // 预加载资源
        preloadOpenGL();
        Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_DALVIK);
        //通过System.loadLibrary()方法，预加载"android","compiler_rt","jnigraphics"这3个共享库
        preloadSharedLibraries();
        //预加载文本连接符资源
        preloadTextResources();
        // webview的初始化
        // Ask the WebViewFactory to do any initialization that must run in the zygote process,
        // for memory sharing purposes.
        WebViewFactory.prepareWebViewInZygote();
        endIcuCachePinning();
        warmUpJcaProviders();
        Log.d(TAG, "end preload");
    }

看到了吧，都是android本身的一些资源的初始化过程，就是在这里完成的。
下面再看下startSystemServer：

private static boolean startSystemServer(String abiList, String socketName, ZygoteServer zygoteServer)
            throws Zygote.MethodAndArgsCaller, RuntimeException {
        long capabilities = posixCapabilitiesAsBits(
            OsConstants.CAP_IPC_LOCK,
            OsConstants.CAP_KILL,
            OsConstants.CAP_NET_ADMIN,
            OsConstants.CAP_NET_BIND_SERVICE,
            OsConstants.CAP_NET_BROADCAST,
            OsConstants.CAP_NET_RAW,
            OsConstants.CAP_SYS_MODULE,
            OsConstants.CAP_SYS_NICE,
            OsConstants.CAP_SYS_RESOURCE,
            OsConstants.CAP_SYS_TIME,
            OsConstants.CAP_SYS_TTY_CONFIG,
            OsConstants.CAP_WAKE_ALARM
        );
        /* Containers run without this capability, so avoid setting it in that case */
        if (!SystemProperties.getBoolean(PROPERTY_RUNNING_IN_CONTAINER, false)) {
            capabilities |= posixCapabilitiesAsBits(OsConstants.CAP_BLOCK_SUSPEND);
        }
        /* Hardcoded command line to start the system server */
        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);
            ZygoteConnection.applyDebuggerSystemProperty(parsedArgs);
            ZygoteConnection.applyInvokeWithSystemProperty(parsedArgs);

            /* Request to fork the system server process */
            pid = Zygote.forkSystemServer(
                    parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,
                    parsedArgs.gids,
                    parsedArgs.debugFlags,
                    null,
                    parsedArgs.permittedCapabilities,
                    parsedArgs.effectiveCapabilities);
        } catch (IllegalArgumentException ex) {
            throw new RuntimeException(ex);
        }

        /* For child process */
        if (pid == 0) {
            if (hasSecondZygote(abiList)) {
                waitForSecondaryZygote(socketName);
            }

            zygoteServer.closeServerSocket();
            handleSystemServerProcess(parsedArgs);
        }

        return true;
    }

其实主要的就是Zygote.forkSystemServer这句话，前面的都是参数的配置。再向下看一层/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/Zygote.java：

public static int forkSystemServer(int uid, int gid, int[] gids, int debugFlags,
            int[][] rlimits, long permittedCapabilities, long effectiveCapabilities) {
        VM_HOOKS.preFork();
        int pid = nativeForkSystemServer(
                uid, gid, gids, debugFlags, rlimits, permittedCapabilities, effectiveCapabilities);
        // Enable tracing as soon as we enter the system_server.
        if (pid == 0) {
            Trace.setTracingEnabled(true);
        }
        VM_HOOKS.postForkCommon();
        return pid;
    }

根据传递进来的uid,gid等调用函数nativeForkSystemServer，最终会在/frameworks/base/core/jni/com_android_internal_os_Zygote.cpp下的ForkAndSpecializeCommon中调用fork函数，那么实际上就可以知道，就是在c层fork分裂出一个进程来作为SystemServer。

现在我们回来看java层的ZygoteInit.java，继续看看与socket相关的部分，首先是registerServerSocket:

void registerServerSocket(String socketName) {
        if (mServerSocket == 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);
                mServerSocket = new LocalServerSocket(fd);
            } catch (IOException ex) {
                throw new RuntimeException(
                        "Error binding to local socket "" + fileDesc + """, ex);
            }
        }
    }

这里设置了文件描述符，然后创建了LocalServerSocket赋值给了mServerSocket。/frameworks/base/core/java/android/net/LocalServerSocket.java：

public LocalServerSocket(FileDescriptor fd) throws IOException
    {
        impl = new LocalSocketImpl(fd);
        impl.listen(LISTEN_BACKLOG);
        localAddress = impl.getSockAddress();
    }

new出LocalSocketImpl后，直接就开始listen了。下面暂时不用特别看了吧，就是一个走的正常的网络socket了。这里应该就可以证明是以socket的方法进行的通讯。然后再来看看runSelectLoop：

void runSelectLoop(String abiList) throws Zygote.MethodAndArgsCaller {
        ArrayList fds = new ArrayList();
        ArrayList peers = new ArrayList();

        fds.add(mServerSocket.getFileDescriptor());
        peers.add(null);

        while (true) {
            StructPollfd[] pollFds = new StructPollfd[fds.size()];
            for (int i = 0; i < pollFds.length; ++i) {
                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) {
                if ((pollFds[i].revents & POLLIN) == 0) {
                    continue;
                }
                if (i == 0) {
                    ZygoteConnection newPeer = acceptCommandPeer(abiList);
                    peers.add(newPeer);
                    fds.add(newPeer.getFileDesciptor());
                } else {
                    boolean done = peers.get(i).runOnce(this);
                    if (done) {
                        peers.remove(i);
                        fds.remove(i);
                    }
                }
            }
        }
    }

进入一个死循环，每次都将所有要观察的fd建立成数组，然后调用Os.poll(pollFds, -1)阻塞等待fd的变化。后面一个for循环是当fd有变化（即有客户端连接，也就是说有其他进程想要与ZygoteServer通讯），此时调用ZygoteConnection的runOnce方法。这个方法如果简单看下的话，最终是要调用Zygote.forkAndSpecialize分裂出进程来的，也就是说这个方法是一旦有连接建立后就表示有app启动了，此时就要fork分裂出新的进程来，代码暂时就不贴了。

至此为止，Zygote的过程基本分析完毕。总结一下：
1.系统启动，通过init进程会启动Zygote进程。确切的将是通过runtime调用了ZygoteInit，这个初始化过程；
2.Zygote是cs架构的，基于socket通讯机制的，在ZygoteInit过程中会启动ZygoteServer，为了等待接收socket的通讯来进行启动app进程的处理；
3.分裂出SystemServer进程，负责启动系统的一些关键服务。包括3类（广播类、核心类、其他类）；

最后附图一张便于理解：

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