System进程的启动流程第一部分

承接上篇文章Zygote进程的启动流程，我们继续分析System进程的启动流程。

Zygote进程在启动的过程中，除了会创建一个Dalvik虚拟机实例之外，还会将Java运行时库加载到进程中来，以及注册一些Android核心类的JNI方法来前面创建的Dalvik虚拟机实例中去。注意，一个应用程序进程被Zygote进程孵化出来的时候，不仅会获得Zygote进程中的Dalvik虚拟机实例拷贝，还会与Zygote一起共享Java运行时库，这完全得益于Linux内核的进程创建机制（fork）。这种Zygote孵化机制的优点是不仅可以快速地启动一个应用程序进程，还可以节省整体的内存消耗，缺点是会影响开机速度，毕竟Zygote是在开机过程中启动的。不过，总体来说，是利大于弊的，毕竟整个系统只有一个Zygote进程，而可能有无数个应用程序进程，而且我们不会经常去关闭手机，大多数情况下只是让它进入休眠状态。

在ZygoteInit类的静态方法startSystemServer，代码如下：

public class ZygoteInit {......private static boolean startSystemServer()throws MethodAndArgsCaller, RuntimeException {/* Hardcoded command line to start the system server */String args[] = {"--setuid=1000","--setgid=1000","--setgroups=1001,1002,1003,1004,1005,1006,1007,1008,1009,1010,1018,3001,3002,3003","--capabilities=130104352,130104352","--runtime-init","--nice-name=system_server","com.android.server.SystemServer",};ZygoteConnection.Arguments parsedArgs = null;int pid;try {parsedArgs = new ZygoteConnection.Arguments(args);....../* Request to fork the system server process */pid = Zygote.forkSystemServer(parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,parsedArgs.gids, debugFlags, null,parsedArgs.permittedCapabilities,parsedArgs.effectiveCapabilities);//System进程uid为1000} catch (IllegalArgumentException ex) {......}/* For child process */if (pid == 0) {//子进程，System进程handleSystemServerProcess(parsedArgs);//System进程，后续再分析}return true;}......
}

我们继续分析handleSystemServerProcess，代码如下：

private static void handleSystemServerProcess(ZygoteConnection.Arguments parsedArgs)throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {closeServerSocket();/** Pass the remaining arguments to SystemServer.* "--nice-name=system_server com.android.server.SystemServer"*/RuntimeInit.zygoteInit(parsedArgs.remainingArgs);/* should never reach here */}

由于System进程复制了Zygote进程的地址空间，因此，它就会获得Zygote进程在启动过程中所创建的一个Socket。System进程不需要使用这个Socket，因此调用closeServerSocket来关闭它。接下来调用RuntimeInit类的静态成员函数zygoteInit来进一步启动System进程。

public class RuntimeInit {  ......  public static final void zygoteInit(String[] argv)  throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {  ......  zygoteInitNative();  ......  // Remaining arguments are passed to the start class's static main  String startClass = argv[curArg++];  String[] startArgs = new String[argv.length - curArg];  System.arraycopy(argv, curArg, startArgs, 0, startArgs.length);  invokeStaticMain(startClass, startArgs);  }  ......
}

首先调用RuntimeInit类的静态成员函数zygoteInitNative来启动一个Binder线程池，会调用一个JNI方法。

public static final native void zygoteInitNative();

Runtime类的静态成员函数zygoteInitNative是一个JNI方法，它是由C++层的函数com_android_internal_os_RuntimeInit_zygoteInit来实现的，如下：

static AndroidRuntime* gCurRuntime = NULL;
......
static void com_android_internal_os_RuntimeInit_zygoteInit(JNIEnv* env, jobject clazz)
{gCurRuntime->onZygoteInit();
}

gCurRuntime是一个全局变量，它是在AndroidRuntime类的构造函数中被初始化的，如下所示：

AndroidRuntime::AndroidRuntime()
{......assert(gCurRuntime == NULL);        // one per processgCurRuntime = this;
}

Zygote进程在启动时，会在进程中创建一个AppRuntime对象。由于AppRuntime类继承了AndroidRuntime类，因此，在创建一个AppRuntime对象时，会导致AndroidRuntime类的构造函数被调用。在调用的过程中，全局变量gCurRuntime就会被初始化，它指向的就是正在创建的AppRuntime对象。又由于每一个新创建的应用进程都复制了Zygote进程的地址空间，因此，在每个应用程序进程中，都会存在一个全局变量gCurRuntime。

回到函数com_android_internal_os_RuntimeInit_zygoteInit，调用了全局变量gCurRuntime的成员函数onZygoteInit来启动一个Binder线程池。全局变量gCurRuntime指向的是一个AppRuntime对象，并且AppRuntime类重写了父类AndroidRuntime的成员函数onZygoteInit，因此，接下来实际上调用的是AppRuntime类的成员函数onZygoteInit。

virtual void onZygoteInit(){sp<ProcessState> proc = ProcessState::self();if (proc->supportsProcesses()) {LOGV("App process: starting thread pool.\n");proc->startThreadPool();}       }

首先判断是否支持Binder进程间通信机制，如果支持，那么就调用当前应用程序进程中的ProcessState对象的成员函数startThreadPool来启动一个Binder线程池，以便使得当前应用程序可以通过Binder进程间通信机制和其他进程通信。

void ProcessState::startThreadPool()
{AutoMutex _l(mLock);if (!mThreadPoolStarted) {mThreadPoolStarted = true;spawnPooledThread(true);}
}

ProcessState类有一个成员变量mThreadPoolStarted，它的初始值等于false。在Android系统中，每一个支持Binder进程间通信机制的进程内部都有一个唯一的ProcessState对象。当这个ProcessState对象的成员函数startThreadPoll第一次被调用时，它就会在当前进程中启动一个Binder线程池，并且将它的成员变量mThreadPoolStarted的值设置为true，避免以后重复执行启动Binder线程池的操作。

void ProcessState::spawnPooledThread(bool isMain)
{if (mThreadPoolStarted) {int32_t s = android_atomic_add(1, &mThreadPoolSeq);char buf[32];sprintf(buf, "Binder Thread #%d", s);LOGV("Spawning new pooled thread, name=%s\n", buf);sp<Thread> t = new PoolThread(isMain);t->run(buf);}
}

这里它会创建一个PoolThread线程类，然后执行它的run函数，最终就会执行PoolThread类的threadLoop函数了。

class PoolThread : public Thread
{
public:PoolThread(bool isMain): mIsMain(isMain){}protected:virtual bool threadLoop(){IPCThreadState::self()->joinThreadPool(mIsMain);return false;}const bool mIsMain;
};

有关 Native线程的创建过程，请参考Dalvik虚拟机进程和线程的创建过程分析。

返回到RuntimeInit类的静态方法zygoteInit，继续执行invokeStaticMain，代码如下：

private static void invokeStaticMain(String className, String[] argv)//className为com.android.server.SystemServerthrows ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {// We want to be fairly aggressive about heap utilization, to avoid// holding on to a lot of memory that isn't needed.VMRuntime.getRuntime().setTargetHeapUtilization(0.75f);Class<?> cl;try {cl = Class.forName(className);//首先将com.android.server.SystemServer类加载到当前进程中} catch (ClassNotFoundException ex) {throw new RuntimeException("Missing class when invoking static main " + className,ex);}Method m;try {m = cl.getMethod("main", new Class[] { String[].class });//获取了它的静态函数main} catch (NoSuchMethodException ex) {throw new RuntimeException("Missing static main on " + className, ex);} catch (SecurityException ex) {throw new RuntimeException("Problem getting static main on " + className, ex);}int modifiers = m.getModifiers();if (! (Modifier.isStatic(modifiers) && Modifier.isPublic(modifiers))) {throw new RuntimeException("Main method is not public and static on " + className);}/** This throw gets caught in ZygoteInit.main(), which responds* by invoking the exception's run() method. This arrangement* clears up all the stack frames that were required in setting* up the process.*/throw new ZygoteInit.MethodAndArgsCaller(m, argv);//把这个Method对象封装在一个MethodAndArgsCaller对象中，并且将这个MethodAndArgsCaller对象作为一个异常对象抛出来给当前进程处理}

我们知道System进程复制了Zygote进程的地址空间，因此，System进程的调用堆栈和Zygote进程的调用堆栈是一致的，从前面知道，Zygote进程最开始执行的是应用程序app_process的入口函数main，如下：

public class ZygoteInit {......public static void main(String argv[]) {try {......registerZygoteSocket();//创建一个Server端Socket，这个Server端Socket是用来等待Activity管理服务ActivityManagerService请求Zygote进程创建新的应用程序进程的<span style="white-space:pre">   </span>............if (argv[1].equals("true")) {startSystemServer();//启动System进程，以便它可以将系统的关键服务启动起来} else if (!argv[1].equals("false")) {......}......if (ZYGOTE_FORK_MODE) {//false......} else {runSelectLoopMode();}......} catch (MethodAndArgsCaller caller) {caller.run();} catch (RuntimeException ex) {......}}......
}

这个异常最后会被main函数里面的catch捕获，ZygoteInit类的静态成员函数main捕获了一个类型为MethodAndArgsCaller的异常之后，就会调用MethodAndArgsCaller类的成员run来进一步处理。

public class ZygoteInit {......public static class MethodAndArgsCaller extends Exceptionimplements Runnable {/** method to call */private final Method mMethod;/** argument array */private final String[] mArgs;public MethodAndArgsCaller(Method method, String[] args) {mMethod = method;mArgs = args;}public void run() {try {mMethod.invoke(null, new Object[] { mArgs });//调用了com.android.server.SystemServer的main函数} catch (IllegalAccessException ex) {......} catch (InvocationTargetException ex) {......}}}......
}

为什么要这么折腾呢？直接调用不行么，由于新创建的System进程一开始就需要在内部初始化运行时库，以及启动Binder线程池，因此com.android.server.SystemServer的main函数被调用时，System进程其实已经执行了相当多代码。为了使得新创建的System进程觉得它的入口函数就是com.android.server.SystemServer的main函数，系统不直接调用它，而是抛出一个异常回到ZygoteInit类的静态成员函数main中，然后再间接地调用它，这样就可以巧妙地利用Java语言的异常处理机制来清理它前面的调用堆栈了。

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