基于Android 6.0的源码剖析, 分析Android启动过程的Zygote进程

/frameworks/base/cmds/app_process/App_main.cpp (内含AppRuntime类)
/frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp
/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/Zygote.java
/frameworks/base/core/java/android/net/LocalServerSocket.java

一、启动调用栈

Zygote启动函数调用类的栈关系:

App_main.mainAndroidRuntime.startstartVmstartRegZygoteInit.mainregisterZygoteSocketpreloadstartSystemServerrunSelectLoop

二、App_main

Zygote是由init进程通过解析init.zygote.rc文件而创建的,zygote所对应的可执行程序app_process,所对应的源文件是App_main.cpp,进程名为zygote。

传到main()的参数为 -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server

[–>App_main.cpp]

int main(int argc, char* const argv[])
{AppRuntime runtime(argv[0], computeArgBlockSize(argc, argv));//忽略第一个参数argc--;argv++;int i;for (i = 0; i < argc; i++) {if (argv[i][0] != '-') {break;}if (argv[i][1] == '-' && argv[i][2] == 0) {++i;break;}runtime.addOption(strdup(argv[i]));}//参数解析bool zygote = false;bool startSystemServer = false;bool application = false;String8 niceName;String8 className;++i;while (i < argc) {const char* arg = argv[i++];if (strcmp(arg, "--zygote") == 0) {zygote = true;niceName = ZYGOTE_NICE_NAME; //对于64位系统nice_name为zygote64,32位系统为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.setTo(arg + 12);} else if (strncmp(arg, "--", 2) != 0) {className.setTo(arg);break;} else {--i;break;}}Vector<String8> args;if (!className.isEmpty()) {// 运行application或tool程序args.add(application ? String8("application") : String8("tool"));runtime.setClassNameAndArgs(className, argc - i, argv + i);} else {//进入zygote模式,创建 /data/dalvik-cache路径maybeCreateDalvikCache();if (startSystemServer) {args.add(String8("start-system-server"));}char prop[PROP_VALUE_MAX];if (property_get(ABI_LIST_PROPERTY, prop, NULL) == 0) {return 11;}String8 abiFlag("--abi-list=");abiFlag.append(prop);args.add(abiFlag);for (; i < argc; ++i) {args.add(String8(argv[i]));}}//设置进程名if (!niceName.isEmpty()) {runtime.setArgv0(niceName.string());set_process_name(niceName.string());}if (zygote) {// 启动AppRuntime 【见小节3】runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote);} else if (className) {runtime.start("com.android.internal.os.RuntimeInit", args, zygote);} else {//没有指定类名或zygote,参数错误return 10;}
}

采用cmd命令,是通过fork进程来执行相应的类:

 app_process [可选参数] 命令所在路径 启动的类名 [可选参数]

三、AndroidRuntime

AndroidRuntime.cpp

void AndroidRuntime::start(const char* className, const Vector<String8>& options, bool zygote)
{static const String8 startSystemServer("start-system-server");for (size_t i = 0; i < options.size(); ++i) {if (options[i] == startSystemServer) {const int LOG_BOOT_PROGRESS_START = 3000;}}const char* rootDir = getenv("ANDROID_ROOT");if (rootDir == NULL) {rootDir = "/system";if (!hasDir("/system")) {return;}setenv("ANDROID_ROOT", rootDir, 1);}JniInvocation jni_invocation;jni_invocation.Init(NULL);JNIEnv* env;// 虚拟机创建【见小节3.1】if (startVm(&mJavaVM, &env, zygote) != 0) {return;}onVmCreated(env);// JNI方法注册【见小节3.2】if (startReg(env) < 0) {ALOGE("Unable to register all android natives\n");return;}jclass stringClass;jobjectArray strArray;jstring classNameStr;//等价 strArray= new String[options.size() + 1];stringClass = env->FindClass("java/lang/String");strArray = env->NewObjectArray(options.size() + 1, stringClass, NULL);//等价 strArray[0] = "com.android.internal.os.ZygoteInit"classNameStr = env->NewStringUTF(className);env->SetObjectArrayElement(strArray, 0, classNameStr);//等价 strArray[1] = "start-system-server";//   strArray[2] = "--abi-list=xxx";其中xxx为系统响应的cpu架构类型,比如arm64-v8a.for (size_t i = 0; i < options.size(); ++i) {jstring optionsStr = env->NewStringUTF(options.itemAt(i).string());env->SetObjectArrayElement(strArray, i + 1, optionsStr);}//将"com.android.internal.os.ZygoteInit"转换为"com/android/internal/os/ZygoteInit"char* slashClassName = toSlashClassName(className);jclass startClass = env->FindClass(slashClassName);if (startClass == NULL) {ALOGE("JavaVM unable to locate class '%s'\n", slashClassName);} else {jmethodID startMeth = env->GetStaticMethodID(startClass, "main","([Ljava/lang/String;)V");if (startMeth == NULL) {ALOGE("JavaVM unable to find main() in '%s'\n", className);} else {// 调用ZygoteInit.main()方法【见小节4.0】env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);}}free(slashClassName); //释放相应对象的内存空间if (mJavaVM->DetachCurrentThread() != JNI_OK)ALOGW("Warning: unable to detach main thread\n");if (mJavaVM->DestroyJavaVM() != 0)ALOGW("Warning: VM did not shut down cleanly\n");
}

3.1 虚拟机创建startVm

[–>AndroidRuntime.cpp]

创建Java虚拟机方法的主要篇幅是关于虚拟机参数的设置,下面只列举部分在调试优化过程中常用参数。

int AndroidRuntime::startVm(JavaVM** pJavaVM, JNIEnv** pEnv, bool zygote)
{// JNI检测功能,用于native层调用jni函数时进行常规检测,比较弱字符串格式是否符合要求,资源是否正确释放。该功能一般用于早期系统调试或手机Eng版,对于User版往往不会开启,引用该功能比较消耗系统CPU资源,降低系统性能。bool checkJni = false;property_get("dalvik.vm.checkjni", propBuf, "");if (strcmp(propBuf, "true") == 0) {checkJni = true;} else if (strcmp(propBuf, "false") != 0) {property_get("ro.kernel.android.checkjni", propBuf, "");if (propBuf[0] == '1') {checkJni = true;}}if (checkJni) {addOption("-Xcheck:jni");}//虚拟机产生的trace文件,主要用于分析系统问题,路径默认为/data/anr/traces.txtparseRuntimeOption("dalvik.vm.stack-trace-file", stackTraceFileBuf, "-Xstacktracefile:");//对于不同的软硬件环境,这些参数往往需要调整、优化,从而使系统达到最佳性能parseRuntimeOption("dalvik.vm.heapstartsize", heapstartsizeOptsBuf, "-Xms", "4m");parseRuntimeOption("dalvik.vm.heapsize", heapsizeOptsBuf, "-Xmx", "16m");parseRuntimeOption("dalvik.vm.heapgrowthlimit", heapgrowthlimitOptsBuf, "-XX:HeapGrowthLimit=");parseRuntimeOption("dalvik.vm.heapminfree", heapminfreeOptsBuf, "-XX:HeapMinFree=");parseRuntimeOption("dalvik.vm.heapmaxfree", heapmaxfreeOptsBuf, "-XX:HeapMaxFree=");parseRuntimeOption("dalvik.vm.heaptargetutilization",heaptargetutilizationOptsBuf, "-XX:HeapTargetUtilization=");//preloaded-classes文件内容是由WritePreloadedClassFile.java生成的,在ZygoteInit类中会预加载工作将其中的classes提前加载到内存,以提高系统性能if (!hasFile("/system/etc/preloaded-classes")) {return -1;}//创建虚拟机if (JNI_CreateJavaVM(pJavaVM, pEnv, &initArgs) < 0) {ALOGE("JNI_CreateJavaVM failed\n");return -1;}
}

3.2 JNI函数注册startReg

[–>AndroidRuntime.cpp]

int AndroidRuntime::startReg(JNIEnv* env)
{//设置线程创建方法为javaCreateThreadEtcandroidSetCreateThreadFunc((android_create_thread_fn) javaCreateThreadEtc);env->PushLocalFrame(200);//进程NI方法的注册if (register_jni_procs(gRegJNI, NELEM(gRegJNI), env) < 0) {env->PopLocalFrame(NULL);return -1;}env->PopLocalFrame(NULL);return 0;
}

register_jni_procs

static int register_jni_procs(const RegJNIRec array[], size_t count, JNIEnv* env)
{for (size_t i = 0; i < count; i++) {if (array[i].mProc(env) < 0) { 【见下文】return -1;}}return 0;
}

gRegJNI

gRegJNI是一个数组,有100多个成员

static const RegJNIRec gRegJNI[] = {REG_JNI(register_com_android_internal_os_RuntimeInit),REG_JNI(register_android_os_Binder),...
};

REG_JNI

#define REG_JNI(name)      { name }
struct RegJNIRec {int (*mProc)(JNIEnv*);
};

调用mProc,那么gRegJNI数组的其中之一REG_JNI(register_com_android_internal_os_RuntimeInit),等价于调用下面方法:

int register_com_android_internal_os_RuntimeInit(JNIEnv* env)
{return jniRegisterNativeMethods(env, "com/android/internal/os/RuntimeInit",gMethods, NELEM(gMethods));
}//gMethods:java层方法名与jni层的方法的一一映射关系
static JNINativeMethod gMethods[] = {{ "nativeFinishInit", "()V",(void*) com_android_internal_os_RuntimeInit_nativeFinishInit },{ "nativeZygoteInit", "()V",(void*) com_android_internal_os_RuntimeInit_nativeZygoteInit },{ "nativeSetExitWithoutCleanup", "(Z)V",(void*) com_android_internal_os_RuntimeInit_nativeSetExitWithoutCleanup },
};

四 ZygoteInit

[–>ZygoteInit.java]

public static void main(String argv[]) {try {RuntimeInit.enableDdms(); //开启DDMS功能SamplingProfilerIntegration.start();boolean startSystemServer = false;String socketName = "zygote";String abiList = null;for (int i = 1; i < argv.length; i++) {if ("start-system-server".equals(argv[i])) {startSystemServer = true;} else if (argv[i].startsWith(ABI_LIST_ARG)) {abiList = argv[i].substring(ABI_LIST_ARG.length());} else if (argv[i].startsWith(SOCKET_NAME_ARG)) {socketName = argv[i].substring(SOCKET_NAME_ARG.length());} else {throw new RuntimeException("Unknown command line argument: " + argv[i]);}}if (abiList == null) {throw new RuntimeException("No ABI list supplied.");}registerZygoteSocket(socketName); //为Zygote注册socket【见小节4.1】preload(); // 预加载类和资源【见小节4.2】SamplingProfilerIntegration.writeZygoteSnapshot();gcAndFinalize(); //GC操作if (startSystemServer) {startSystemServer(abiList, socketName);//启动system_server【见小节4.3】}runSelectLoop(abiList); //进入循环模式【见小节4.4】closeServerSocket();} catch (MethodAndArgsCaller caller) {caller.run(); //启动system_server中会讲到。} catch (RuntimeException ex) {closeServerSocket();throw ex;}
}

在异常捕获后调用的方法caller.run(),会在后续的system_server文章会讲到。

4.1 registerZygoteSocket

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); //设置文件描述符sServerSocket = new LocalServerSocket(fd); //创建Socket的本地服务端} catch (IOException ex) {throw new RuntimeException("Error binding to local socket '" + fileDesc + "'", ex);}}
}

4.2 preload

执行Zygote进程的初始化

static void preload() {//预加载位于/system/etc/preloaded-classes文件中的类preloadClasses(); //预加载资源,包含drawable和color资源preloadResources();//预加载OpenGLpreloadOpenGL();//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();//仅用于zygote进程,用于内存共享的进程WebViewFactory.prepareWebViewInZygote();
}

对于类加载,采用反射机制Class.forName()方法来加载。对于资源加载,主要是 com.android.internal.R.array.preloaded_drawables和com.android.internal.R.array.preloaded_color_state_lists,在应用程序中以com.android.internal.R.xxx开头的资源,便是此时由Zygote加载到内存的。

zygote进程内加载了preload()方法中的所有资源,当需要fork新进程时,采用copy on write技术,如下:

4.3 startSystemServer

ZygoteInit.java

private static boolean startSystemServer(String abiList, String socketName)throws MethodAndArgsCaller, RuntimeException {long capabilities = posixCapabilitiesAsBits(OsConstants.CAP_BLOCK_SUSPEND,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);//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,用于运行system_serverpid = 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_serverif (pid == 0) {if (hasSecondZygote(abiList)) {waitForSecondaryZygote(socketName);}// 完成system_server进程剩余的工作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。更多详情见Android系统启动-systemServer上篇。

4.4 runSelectLoop

private static void runSelectLoop(String abiList) throws MethodAndArgsCaller {ArrayList<FileDescriptor> fds = new ArrayList<FileDescriptor>();ArrayList<ZygoteConnection> peers = new ArrayList<ZygoteConnection>();//sServerSocket是socket通信中的服务端,即zygote进程fds.add(sServerSocket.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) {//采用I/O多路复用机制,当客户端发出连接请求或者数据处理请求时,跳过continue,执行后面的代码if ((pollFds[i].revents & POLLIN) == 0) {continue;}if (i == 0) {//创建客户端连接ZygoteConnection newPeer = acceptCommandPeer(abiList);peers.add(newPeer);fds.add(newPeer.getFileDesciptor());} else {//处理客户端数据事务boolean done = peers.get(i).runOnce();if (done) {peers.remove(i);fds.remove(i);}}}}
}

Zygote采用高效的I/O多路复用机制,保证在没有客户端连接请求或数据处理时休眠,否则响应客户端的请求。

五、总结

Zygote启动过程的调用流程图:

  1. 解析init.zygote.rc中的参数,创建AppRuntime并调用AppRuntime.start()方法;
  2. 调用AndroidRuntime的startVM()方法创建虚拟机,再调用startReg()注册JNI函数;
  3. 通过JNI方式调用ZygoteInit.main(),第一次进入Java世界;
  4. registerZygoteSocket()建立socket通道,zygote作为通信的服务端,用于响应客户端请求;
  5. preload()预加载通用类、drawable和color资源、openGL以及共享库以及WebView,用于提高ap启动效率;
  6. zygote完毕大部分工作,接下来再通过startSystemServer(),fork得力帮手system_server进程,也是上层framework的运行载体。
  7. zygote功成身退,调用runSelectLoop(),随时待命,当接收到请求创建新进程请求时立即唤醒并执行相应工作。
原文地址:http://gityuan.com/2016/02/05/android-init/

Android系统启动-zygote篇相关推荐

  1. android 重启app_[Boot]Android系统启动-zygote篇

    本文转载自Gityuan的博客,原文地址为:http://gityuan.com/2016/02/13/android-zygote/ 转载请注明作者及原文链接. 基于Android 6.0的源码剖析 ...

  2. Android系统启动-init篇

    基于Android 6.0的源码剖析, 分析Android启动过程进程号为1的init进程的工作内容 /system/core/init/Init.h /system/core/init/Init.c ...

  3. Android 7.1.2(Android N) Android系统启动流程

    Android 7.1.2(Android N) Android系统启动流程 源码: system/core/rootdir/ init.rc init.zygote64.rc system/core ...

  4. cm-14.1 Android系统启动过程分析(4)-init进程的启动、rc脚本解析、zygote启动、属性服务

    声明 前阶段在项目中涉及到了Android系统定制任务,Android系统定制前提要知道Android系统是如何启动的. 本文参考了一些书籍的若干章节,比如<Android进阶解密-第2章-An ...

  5. [日更-2019.4.8、4.9、4.12、4.13] cm-14.1 Android系统启动过程分析(一)-init进程的启动、rc脚本解析、zygote启动、属性服务...

    2019独角兽企业重金招聘Python工程师标准>>> 声明 前阶段在项目中涉及到了Android系统定制任务,Android系统定制前提要知道Android系统是如何启动的. 本文 ...

  6. Android系统启动流程—— init进程zygote进程SystemServer进程启动流程

    原文地址:https://blog.csdn.net/qq_30993595/article/details/82714409 Android系统启动流程 Android系统启动过程往细了说可以分为5 ...

  7. 从源码解析-Android系统启动流程概述 init进程zygote进程SystemServer进程启动流程

    Android系统启动流程 启动流程 Loader Kernel Native Framework Application init进程 启动 rc文件规则 Actions Commands Serv ...

  8. Android系统启动-SystemServer下篇

    转自:http://gityuan.com/2016/02/20/android-system-server-2/ 基于Android 6.0的源码剖析, 分析Android启动过程的system_s ...

  9. cm-14.1 Android系统启动过程分析(8)-应用程序进程启动过程

    文章目录 声明 0 写在前面 1 什么应用程序进程? 2 应用程序进程的启动过程 2.1 AMS发送启动应用程序进程请求 2.2 Zygote接收AMS的请求并创建应用程序进程 3 启动线程池 4 创 ...

最新文章

  1. 探索 ConcurrentHashMap 高并发性的实现机制
  2. python二次开发攻略-ABAQUS Python二次开发攻略
  3. python中的id()函数及读取list的例子
  4. python简单小游戏代码_一个简单的python小游戏---七彩同心圆
  5. zigbee zcl规范及其协议栈实现3 读取服务器端属性值
  6. java mvc mvp mvvm_一篇文章了解架构模式:MVC/MVP/MVVM
  7. 1.10 编程基础之简单排序 03 成绩排序 3分 python
  8. SpringBoot 解决“不支持发行版本xx”的问题
  9. Spring 常用注解@RequestMapping @ResponseBody 和 @RequestBody 注解的用法与区别
  10. javascript代码混淆的原理
  11. 裴礼文数学分析中的典型问题与方法第3章一元微分学练习
  12. SAP:SMARTFORM打开WORD文档出错,或无法编辑
  13. 最难忘的一节计算机课,最让我难忘的一节课作文「共5篇」
  14. 【C语言经典100例】-- 11 不死神兔问题
  15. EKS使用AWS EFS CSI
  16. 关于5G数据中心:数据中心在5G无线网络系统中的作用
  17. 如何取消计算机上的公式,评估公式并从单元格中删除公式(Evaluate formula and remove formula from cell)...
  18. AB罗克韦尔plc指示灯详解
  19. Android通知Notification使用全解析,看这篇就够了
  20. Hessian矩阵的几何意义

热门文章

  1. ⑧javaWeb之在例子中学习(过滤器Filter)
  2. 服务程序在c#中的写法
  3. 利用ASP.NET一般处理程序动态生成Web图像(转)
  4. C++ vector容器简单解释
  5. Squid 代理服务器 编译源码 伪造HTTP_X_FORWARDED_FOR 请求头
  6. stm32系统滴答定时器使用
  7. CentOS6 启动流程图文解剖 + 引导文件损坏处理方法
  8. linux脚本编程(shell)浅介
  9. USTC English Club Note20171018
  10. 用ConfigParser模块读写conf配置文件