Android Framwork ---Zygote进程 （上）

/frameworks/base/cmds/app_process/App_main.cpp
/frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp

/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/
  - ZygoteInit.java
  - Zygote.java
  - ZygoteConnection.java
  
/frameworks/base/core/java/android/net/LocalServerSocket.java
/system/core/libutils/Threads.cpp

1 概况

Zygote是由init进程通过解析init.zygote64.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。

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

Zygote进程能够重启的地方:

• servicemanager进程被杀; (onresart)
• surfaceflinger进程被杀; (onresart)
• Zygote进程自己被杀; (oneshot=false)
• system_server进程被杀; (waitpid)

2 启动流程

app_main.cpp中main()方法的整体流程如下：

{
    //传到的参数argv为“-Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server”
    AppRuntime runtime(argv[0], computeArgBlockSize(argc, argv));
    argc--; argv++; //忽略第一个参数
    //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;
            //对于64位系统nice_name为zygote64; 32位系统为zygote
            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) {
        // 启动AppRuntime 
        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;
    }
}

AndroidRuntime.start()

void AndroidRuntime::start(const char* className, const Vector<String8>& options, bool zygote)
{
    static const String8 startSystemServer("start-system-server");
    // 虚拟机创建【见小节2.3】
    if (startVm(&mJavaVM, &env, zygote) != 0) {
        return;
    }
    onVmCreated(env);
    // JNI方法注册【见小节2.4】
    if (startReg(env) < 0) {
        return;
    }

    //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) {
        ...
    } else {
        jmethodID startMeth = env->GetStaticMethodID(startClass, "main",
            "([Ljava/lang/String;)V");
        // 调用ZygoteInit.main()方法
        env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);
    }
    //释放相应对象的内存空间
    free(slashClassName);
    mJavaVM->DetachCurrentThread();
    mJavaVM->DestroyJavaVM();
}

startVm() 创建java虚拟机

int AndroidRuntime::startVm(JavaVM** pJavaVM, JNIEnv** pEnv, bool zygote)
{
    //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.txt
    parseRuntimeOption("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");

    //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;
    }
    //初始化虚拟机
    if (JNI_CreateJavaVM(pJavaVM, pEnv, &initArgs) < 0) {
        ALOGE("JNI_CreateJavaVM failed\n");
        return -1;
    }
}

startReg() JNI方法注册

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

ZygoteInit.main() 进入java层

前面AndroidRuntime.start()执行到最后通过反射调用到ZygoteInit.main()。

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]);
            }
        }
        ...

        registerZygoteSocket(socketName); //为Zygote注册socket
        preload(); // 预加载类和资源
        SamplingProfilerIntegration.writeZygoteSnapshot();
        gcAndFinalize(); //GC操作
        if (startSystemServer) {
            startSystemServer(abiList, socketName);//启动system_server
        }
        runSelectLoop(abiList); //进入循环模式
        closeServerSocket();
    } catch (MethodAndArgsCaller caller) {
        caller.run(); //启动system_server中会讲到。
    } catch (RuntimeException ex) {
        closeServerSocket();
        throw ex;
    }
}

registerZygoteSocket

创建socket的本地服务端

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) {
            ...
        }

        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) {
            ...
        }
    }
}

preload

将其中的classes提前加载到内存，以提高系统性能

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OpenGL
    preloadOpenGL();

    //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();
}

执行Zygote进程的初始化,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。

Android Framwork ---Zygote进程 （下）