Android系统的心脏-Zygote进程启动流程分析

简介：

Android中，Zygote是整个Android系统的核心进程，是Android系统的心脏。所有的Android应用程序，包括Android框架层所在的进程system_server，都是由Zygote孵化（通过Linux系统调用fork函数创建）出来的。

Zygote初探：

我们说，zygote是整个Android系统的心脏，在zygote被启动的同时，还启动了其它的很多守护进程，有的比zygote启动的还早。换句话说，在zygote还没有启动时，其实，作为底层的Linux系统已经启动了，标志就是init进程已经启动。

如果我们在adb shell命令行，用kill命令（在root的情况下），居然可以杀死zygote，然后，设备屏幕又会显示“>>>>>>>>>>>>>> AndroidRuntime START <<<<<<<<<<<<<<”，即android系统重启。

zytote是一个实实在在的进程，可以在进程列表中查看到：

USER PID PPID VSIZE RSS WCHAN PC NAME

root 1 0 548 196 c00b8c14 0000d5cc S /init

root 2 0 0 0 c006bf70 00000000 S kthreadd

......

root 724 2 0 0 c0216908 00000000 S mmcqd

root 726 1 772 180 c019dbc4 afe0c1dc S /system/bin/sh

system 727 1 840 188 c022d8a0 afe0c47c S /system/bin/servicemanager

......

root 734 1 72000 14172 c00b92b0 afe0c5a4 S zygote
......

system 825 734 574128 28360 ffffffff afe0c47c S system_server
......

app_22 890 734 117068 30228 ffffffff afe0d404 S oms.home

可以看到，

zygote的父进程id是1，即init进程，而且，zygote的权限是root权限；

system_server是Android系统框架所在的进程，即AMS，WMS等很多服务所在的就是这个进程。system_server的父进程就是zygote；

oms.home:是home应用，即手机桌面应用。oms是Ophone系统（中国移动基于Android系统进行定制的一个系统）。作为应用程序，它的父进程也是zygote。

下图，是比较重要的一些进程的相关关系：

zygote的启动流程简单说明：

1）创建Java虚拟机；
2）为Java虚拟机注册native方法；
3）在com.android.internal.os.ZygoteInit中调用java类的主要方法；
4）加载ZygoteInit class；
5）注册zygote socket；
6）加载preload class；
7）加载preload 资源文件；
8）调用Zygote::forkSystemServer，fork一个新的进程，调用SystemServer的main方法，从而进入到java层的system_server进程的初始化流程中；

zygote进程初始化源代码分析：

代码位置：“frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/

zygote进程是由init.rc文件中启动的，如下：

service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-serverclass mainsocket zygote stream 660 root systemonrestart write /sys/android_power/request_state wakeonrestart write /sys/power/state ononrestart restart mediaonrestart restart netd

app_process：

其中app_process被编译成一个可执行程序，

代码位置：frameworks\base\cmds\app_process，分析如下：

1）Android.mk:

Android.mk:
LOCAL_PATH:= $(call my-dir)
include $(CLEAR_VARS)LOCAL_SRC_FILES:= \app_main.cppLOCAL_SHARED_LIBRARIES := \libcutils \libutils \libandroid_runtimeLOCAL_MODULE:= app_processinclude $(BUILD_EXECUTABLE)

其中，app_main.cpp是入口，而且，引用了libandroid_runtime库。

2）app_main.cpp:

看一下app_main.cpp的main函数：

int main(int argc, const char* const argv[])
{// These are global variables in ProcessState.cppmArgC = argc;mArgV = argv;mArgLen = 0;for (int i=0; i<argc; i++) {mArgLen += strlen(argv[i]) + 1;}mArgLen--;AppRuntime runtime;const char* argv0 = argv[0];// Process command line arguments// ignore argv[0]argc--;argv++;// Everything up to '--' or first non '-' arg goes to the vmint i = runtime.addVmArguments(argc, argv);// Parse runtime arguments.  Stop at first unrecognized option.bool zygote = false;bool startSystemServer = false;bool application = false;const char* parentDir = NULL;const char* niceName = NULL;const char* className = NULL;while (i < argc) {const char* 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;}}if (niceName && *niceName) {setArgv0(argv0, niceName);set_process_name(niceName);}runtime.mParentDir = parentDir;if (zygote) {runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit",startSystemServer ? "start-system-server" : "");} else if (className) {// Remainder of args get passed to startup class main()runtime.mClassName = className;runtime.mArgC = argc - i;runtime.mArgV = argv + i;runtime.start("com.android.internal.os.RuntimeInit",application ? "application" : "tool");} 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;}
}

分析：

(1)根据输入参数来判断，该如何进行runtime.start参数的配置。在上面的initl.rc中，参数是：

-Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server

所以，有：

zygote = true;

startSystemServer = true;

然后，会执行到：

runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit",
startSystemServer ? "start-system-server" : "");

去通过ZygoteInit来继续进行zygote的初始化流程。

3）runtime：

既然ZygoteIni由truntime.start来运行，看一下runtime的实现：

类图：

流程图：

分析：

如果是“--zygote”，则启动zygote进程相关代码；

否则，会根据参数，启动（创建）参数所在的app。

4）ZygoteInit：

在分析完runtime之后，再来看一runtime.start的第一个参数“

com.android.internal.os.ZygoteInit

”的相关实现：

代码位置：frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java。

这是个java代码，也就是说，执行了大半天，这时候终于执行到了java代码，有runtime（即dvm虚拟机的runtime运行时库）启动了java代码。看一下这个目录的代码文件（已经是java代码了）：

在这个目录下，没有Android.mk文件。这是因为这已经是java层了，而不是native层。对于java层的代码来说，只是说是不是要打包到jar中。而对于C/C++来说，要编译成lib,或者exe。

其中，ZygoteInit的流程图如下：

分析：

（1）为zygote注册一个socket，并且保存起来，保存到

sServerSocket
变量中；这是一个LocalServerSocket类型的socket，详细代码如下：

private static void registerZygoteSocket() {if (sServerSocket == null) {int fileDesc;try {String env = System.getenv(ANDROID_SOCKET_ENV);fileDesc = Integer.parseInt(env);} catch (RuntimeException ex) {throw new RuntimeException(ANDROID_SOCKET_ENV + " unset or invalid", ex);}try {sServerSocket = new LocalServerSocket(createFileDescriptor(fileDesc));} catch (IOException ex) {throw new RuntimeException("Error binding to local socket '" + fileDesc + "'", ex);}}}

同时，创建了文件描述符FileDescriptor, 即ANDROID_SOCKET_ENV环境变量对应的文件描述符FileDescriptor，ANDROID_SOCKET_ENV的定义：

private static final String ANDROID_SOCKET_ENV = "ANDROID_SOCKET_zygote";
（2）预加载一些class和资源文件。这样的好处是，会加快app的启动。当一个app启动时，就不需要重新加载这些资源了；

（3）孵化（fork）SystemServer进程：Zygote::SystemServer就会通过系统调用fork函数来创建一个新的进程，这个进程就是SystemServer；

（4）然后，执行到SystemServer的main方法，这是一个java类，整个SystemServer的文件中，定义了两个类，如下：

5) SystemServer:

在SystemServer.main方法中，

System.loadLibrary("android_servers"); //加载“android_servers”库
init1(args); //这是个jni接口，会再调用到native层的init1方法中。

然后，init1会执行到native层，然后再通过native层调用到java层的init2方法，相关代码流程：

SystemServer.java -> com_android_server_SystemServer.cpp -> system_init.cpp ->SystemServer.java

com_android_server_SystemServer.cpp的init1函数:

static void android_server_SystemServer_init1(JNIEnv* env, jobject clazz)
{system_init();
}
system_init的实现（在system_init.cpp文件中）：extern "C" status_t system_init()
{ALOGI("Entered system_init()");sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();ALOGI("ServiceManager: %p\n", sm.get());sp<GrimReaper> grim = new GrimReaper();sm->asBinder()->linkToDeath(grim, grim.get(), 0);char propBuf[PROPERTY_VALUE_MAX];property_get("system_init.startsurfaceflinger", propBuf, "1");if (strcmp(propBuf, "1") == 0) {// Start the SurfaceFlingerSurfaceFlinger::instantiate();}property_get("system_init.startsensorservice", propBuf, "1");if (strcmp(propBuf, "1") == 0) {// Start the sensor serviceSensorService::instantiate();}// And now start the Android runtime.  We have to do this bit// of nastiness because the Android runtime initialization requires// some of the core system services to already be started.// All other servers should just start the Android runtime at// the beginning of their processes's main(), before calling// the init function.ALOGI("System server: starting Android runtime.\n");AndroidRuntime* runtime = AndroidRuntime::getRuntime();ALOGI("System server: starting Android services.\n");JNIEnv* env = runtime->getJNIEnv();if (env == NULL) {return UNKNOWN_ERROR;}jclass clazz = env->FindClass("com/android/server/SystemServer");if (clazz == NULL) {return UNKNOWN_ERROR;}jmethodID methodId = env->GetStaticMethodID(clazz, "init2", "()V");if (methodId == NULL) {return UNKNOWN_ERROR;}env->CallStaticVoidMethod(clazz, methodId);ALOGI("System server: entering thread pool.\n");ProcessState::self()->startThreadPool();IPCThreadState::self()->joinThreadPool();ALOGI("System server: exiting thread pool.\n");return NO_ERROR;
}

分析：

在init1函数，启动一写service（如果没有启动的话）；然后，创建一个runtime，由runtime去调用到java层的SystemServer类的init2方法；最后，将其加入线程池。

那好，我嗯再回到SystemServer类的init2方法，如下：

public static final void init2() {Slog.i(TAG, "Entered the Android system server!");Thread thr = new ServerThread();thr.setName("android.server.ServerThread");thr.start();}

在init2中，启动了ServerThread。

6）ServerThread:

所以，整个SystemServer其实，最关键的实体是这个ServerThread线程。我们之间看run函数的实现：

@Overridepublic void run() {Looper.prepare();android.os.Process.setThreadPriority(android.os.Process.THREAD_PRIORITY_FOREGROUND);BinderInternal.disableBackgroundScheduling(true);android.os.Process.setCanSelfBackground(false);LightsService lights = null;PowerManagerService power = null;BatteryService battery = null;VibratorService vibrator = null;AlarmManagerService alarm = null;NetworkManagementService networkManagement = null;NetworkStatsService networkStats = null;NetworkPolicyManagerService networkPolicy = null;ConnectivityService connectivity = null;......// Critical services...try {Slog.i(TAG, "Entropy Mixer");ServiceManager.addService("entropy", new EntropyMixer());Slog.i(TAG, "Power Manager");power = new PowerManagerService();ServiceManager.addService(Context.POWER_SERVICE, power);......pm = PackageManagerService.main(context,factoryTest != SystemServer.FACTORY_TEST_OFF,onlyCore);boolean firstBoot = false;try {firstBoot = pm.isFirstBoot();} catch (RemoteException e) {}ActivityManagerService.setSystemProcess();mContentResolver = context.getContentResolver();// The AccountManager must come before the ContentServicetry {Slog.i(TAG, "Account Manager");ServiceManager.addService(Context.ACCOUNT_SERVICE,new AccountManagerService(context));} catch (Throwable e) {Slog.e(TAG, "Failure starting Account Manager", e);}......} catch (RuntimeException e) {Slog.e("System", "******************************************");Slog.e("System", "************ Failure starting core service", e);}DevicePolicyManagerService devicePolicy = null;StatusBarManagerService statusBar = null;InputMethodManagerService imm = null;AppWidgetService appWidget = null;NotificationManagerService notification = null;WallpaperManagerService wallpaper = null;LocationManagerService location = null;CountryDetectorService countryDetector = null;TextServicesManagerService tsms = null;LockSettingsService lockSettings = null;DreamManagerService dreamy = null;// Bring up services needed for UI.if (factoryTest != SystemServer.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL) {try {Slog.i(TAG, "Input Method Service");imm = new InputMethodManagerService(context, wm);ServiceManager.addService(Context.INPUT_METHOD_SERVICE, imm);} catch (Throwable e) {reportWtf("starting Input Manager Service", e);}try {Slog.i(TAG, "Accessibility Manager");ServiceManager.addService(Context.ACCESSIBILITY_SERVICE,new AccessibilityManagerService(context));} catch (Throwable e) {reportWtf("starting Accessibility Manager", e);}}try {wm.displayReady();} catch (Throwable e) {reportWtf("making display ready", e);}try {pm.performBootDexOpt();} catch (Throwable e) {reportWtf("performing boot dexopt", e);}try {ActivityManagerNative.getDefault().showBootMessage(context.getResources().getText(com.android.internal.R.string.android_upgrading_starting_apps),false);} catch (RemoteException e) {}if (factoryTest != SystemServer.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL) {MountService mountService = null;if (!"0".equals(SystemProperties.get("system_init.startmountservice"))) {try {/** NotificationManagerService is dependant on MountService,* (for media / usb notifications) so we must start MountService first.*/Slog.i(TAG, "Mount Service");mountService = new MountService(context);ServiceManager.addService("mount", mountService);} catch (Throwable e) {reportWtf("starting Mount Service", e);}}try {Slog.i(TAG,  "LockSettingsService");lockSettings = new LockSettingsService(context);ServiceManager.addService("lock_settings", lockSettings);} catch (Throwable e) {reportWtf("starting LockSettingsService service", e);}try {Slog.i(TAG, "Device Policy");devicePolicy = new DevicePolicyManagerService(context);ServiceManager.addService(Context.DEVICE_POLICY_SERVICE, devicePolicy);} catch (Throwable e) {reportWtf("starting DevicePolicyService", e);}......}// These are needed to propagate to the runnable below.final Context contextF = context;final BatteryService batteryF = battery;final NetworkManagementService networkManagementF = networkManagement;final NetworkStatsService networkStatsF = networkStats;final NetworkPolicyManagerService networkPolicyF = networkPolicy;final ConnectivityService connectivityF = connectivity;final DockObserver dockF = dock;final UsbService usbF = usb;......Looper.loop();Slog.d(TAG, "System ServerThread is exiting!");}

说明：

在这个run方法中，初始化了Android系统框架层的各种service，包括：

PowerManagerService：电源管理服务

BatteryService：电池服务

PackageManagerService：包管理服务

ActivityManagerService：activity管理服务

NetworkStatsService：网络状态服务

......

这样，Android系统框架层的SystemServer进程启动完毕，许多srevice组件也都初始化好了。

至此，整个zygote就完成了它的使命，最终把Android系统框架层的SystemServer进程启动完毕做为结束点。

7）runSelectLoopMode函数:

在初始化完的SystemServer进程后，就进入一个循环中，即runSelectLoopMode函数的执行。等待客户端的请求事件，如果有请求事件，就去创建进程，这就涉及到应用进程的创建了，这部分内容在下一节讨论。

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