AMS核心原理初探一：SystemServer 进程

WAsbry
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AMS核心原理初探一：SystemServer 进程

  • 本文概述：本文为AMS 原理部分的第一篇文章，旨在打通Android 启动流程与AMS 的关系。使读者对Android 底层原理具备大体认识。文章以SystemServer 进程为例，详细介绍了其创建时机、创建过程、执行时机、执行过程。

android 的启动流程回顾

前情提要：

  • 本节仅牵涉Android 启动部分知识，完整流程请查阅个人往期博客：[Android 启动流程初探]:juejin.cn/post/709376…

启动流程

  • Init 初始化Linux 层，处理部分服务

    • 挂载和创建系统文件

    • 解析rc文件：

      • rc 文件中有很多action

    • 进入无限循环

      1. 执行action：zygote 进程就在这里启动

        • for循环去解析参数，根据rc 文件中的action 执行相应操作

      2. 检测并重启需要的进程

      3. 接收子进程的SIGCHLD信号，执行响应的方法

        • 防止子进程成为僵尸进程

  • zygote 层：

    • native 部分：

      • 初始化android 运行时环境(ART)，因为Java 代码需要运行在虚拟机中；
      • 初始化 JNI ，因为native 层与 Java 层需要通信
      • 执行ZygoteInit.main 方法，进入Java 部分

    • Java 部分：

      • 创建 socket：实现通信
      • 执行预加载：加快进程的启动速度
      • 通过fork 创建 SystemServer 进程
      • 进入循环：等待AMS 的通知，并根据通知创建对应的进程

引申问题：

  • zygote 中的Java 层是如何创建出SystemServer 的？
  • SystemServer 是怎么启动的？

本文正文内容

SystemServer 进程的创建时机

  • 一句话描述：

    • Zygote 进程通过forkSystemServer类 调用fork()，创建其子进程；这个子进程就是SystemServer 进程

    • 业务逻辑：

      image-20221006193118122

SystemServer 进程的创建过程

  • 前情提要：

    • 从ZygoteInit.java 中的main 方法。进入forkSystemServer类；此时，属于Zygote 进程
    • 进程实际上是没有native，java之分的；我们常说Zygote 进程在native 层，SystemServer 进程在Java 层，这可看做一种约定。

  • 第一步：参数赋值

    • 通过字符串数组args 进行赋值：包含uid,gid,nice-name(进程名)

  • 第二步：创建子进程，拿到pid

    • 通过Zygote.forkSystemServer 调用fork()，创建子进程并返回pid

怎样理解Zygote 进程与SystemServer 进程的关系？

  • 一句话描述：

    • Zygote 进程是SystemServer 进程的父进程，两进程共用一段代码；

  • 怎么理解进程号(pid) ？

    • pid 代表每个进程的进程号。但是，当pid 接收返回值时，其表示子进程的进程号。

      • pid的值：进程的唯一标识符

        • 子进程是父进程fork 出来的，可以看作是拷贝。通过pid 的值区分父子进程

          • 定义子进程处理逻辑

            • if(pid == 0){ 业务代码 }

        • 子进程的pid 比父进程的pid 大，是递增的

        • pid 的值可以看成是随机的，但是也不能这样说。

    • 举个例子：

      • 假如Zygote 的进程号为1000，SystemServer 的进程号是6000。那么，Zygote 中的pid 的返回值就是6000，也就是Zygote fork 出的子进程的进程号。而SystemServer 中的pid 的返回值为0，因为它没有子进程；

怎么通过代码区别父子进程？

  • 前情提要：

    • 父子进程共用一段代码，这段代码在父子进程中各执行一次；

  • 业务需求：

    • 在共用代码中，让某段代码仅在子进程中执行

       if(pid == 0){//子进程域
     //子进程执行逻辑
 }

SystemServer 进程的执行时机：

  • 基本环境：

    • 上文中我们知道了SystemServer 进程是Zygote 进程通过forkSystemServer 调用fork() 函数后创建出来的。那么SystemServer 进程具体执行时，应当调用SystemServer.main()；

  • 调用时机：通过下列代码调用至forkSystemServer

    • 执行条件：if(pid == 0)
    • 在SystemServer进程中
     //forkSystemServer 
 return handleSystemServerProcess(parsedArags);

源码阅读细节：有个方法是搜不到的

  • 问题描述：

    • 在forkSystemServer 类中想查看nativeForkSystemServer() 的执行细节。
    • 正常情况下，对于系统层函数在AndroidRuntime.cpp 中直接搜方法名就可以搜到具体的函数。但是，这对于nativeForkSystemServer() 是不行的。

  • 解决手段：在AndroidRuntime.cpp搜com_android_internal_os_Zygote

    • 找到这句代码并点击进入

       extern int register_com_android_internal_os_Zygote(JNIEnv *env);

    • 在这个函数返回值处，进入gMethods[]；native 函数都在这里。

  • 为什么会出现这种问题？

    • 这是JNI 层代码的命名规范，但是这个函数在当初代码编写的时候，违背了主流规范才导致我们直接搜是搜不到的。
    • JNI 层代码的命名规范：包名 + 具体的函数名

SystemServer 进程的执行过程：

  • 前情提要：

    • 业务需求：需要启动SystemServer.main()

    • 代码入口：进入SystemServer 进程

       if(pid == 0){//此时在SystemServer 进程中
     …………
     return handleSystemServerProcess(parsedArgs);    
 }
 ​

    • handleSystemServerProcess() 通过反射启动SystemServer.main()

      • 源码依据：

        • 先是拿到了ClassLoader，接着调用了ZygoteInit.zygoteInit();

zygoteInit() 干了什么？

  • 启动Binder 线程池：

    • ZygoteInit.nativeZygoteInit();

  • 运行SystemServer.main()

    • RuntimeInit.applicationInit();

Binder 线程池是如何启动的？

  • 前情提要：

    • 源码入口：nativeZygoteInit()

    • 对应的JNI 层代码

       com_android_internal_os_ZygoteInit_nativeZygoteInit()

  • 重要代码解析：

    • 代码展示：

       gCurRuntime->onZygoteInit();

    • gCurRuntime 是什么？

      • 指AppRuntime，且AppRuntime 继承自AndroidRuntime;
      • 因为SystemServer 是Zygote 的子进程；
      • 由于代码共享，所以Zygote 有AndroidRuntime，那SystemServer 也有；并且，在Zygote 初始化的时候，会将AndroidRuntime 一同初始化。SystemServer 相当于继承了AndroidRuntime，因此具备安卓运行时环境；

  • onZygoteInit()：在这里就启动了Binder 线程池

    • 代码展示：app_main.cpp

       virtual void onZygoteInit()
 {
     sp<ProcessState> proc = ProcessState::self();
     ALOGV("App process: Starting thread poll.\n");
     proc->startThreadPool();
 }

  • 经验总结：每个进程都是有Binder 机制的，因为SystemServer 进程执行时会开启Binder 线程池。

SystemServer.main() 执行过程

  • 一句话描述：通过反射执行，在封装类中调用。

  • 前情提要：

    • 源码入口：RuntimeInit.applicationInit();
    • 核心代码：findStaticMain();

  • 通过反射执行SystemServer.main()

    • 拿到类：classname 就是SystemServer

       cl = Class.forName(classname,true,classLoader);

    • 拿到方法：SystemServer.main()

       m = cl.getMethod("main", new Class[] { String[].class });

    • 先进行封装：

       return new MethodAndArgsCaller(m, argv);

    • 在封装类中，调用代码：

       static class MethodAndArgsCaller implements Runnable {//开启子线程执行
     public void run() {
         try {
             // 通过反射真正执行 SystemServer.main() 
             mMethod.invoke(null, new Object[] { mArgs });
         }
     }

  • 这个run() 是什么时候执行的？

    • ZygoteInit.java中main执行的，forkSystemServer之后会返回一个r；这个r 就是MethodAndArgsCaller 这个封装类；

    • 代码展示：

       if(startSystemServer){
     Runnable r = forkSystemServer(xxxxx);
     if(r != null){//如果是Zygote 进程，r 才为空；
         r.run();
         return;
     }
 }

SystemServer().run() 干了什么？

  • 一句话描述：SystemServer 通过标记，完成不同阶段的任务。总体来说，干了三件事。创建系统上下文，创建服务管理者，创建三类服务

    • 设置标记方法：

       mSystemServiceManager.startBootPhase(t, SystemService.PHASE_WAIT_FOR_DEFAULT_DISPLAY);

    • 业务流程图：

      image-20221006205223896

  • 前情提要：

    • 此时，我们分析的是SystemServer 进程的main() 方法；但，实际上调用的是SystemServer().run();

       public static void main(String[] args) {//SystemServer.main()
         new SystemServer().run();
     }

  • 创建系统上下文：

     createSystemContext()；

  • 创建系统服务管理者：

     mSystemServiceManager = new SystemServiceManager(mSystemContext);

  • 创建三类服务：

    • 引导服务：AMS

       //引导服务：AMS
 startBootstrapServices(t);

    • 核心服务：

       //核心服务：系统所需要的
 startCoreServices(t);

    • 其他服务：WMS

       //其他服务：WMS等
 startOtherServices(t);
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