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在Android系统中#xff0c;DVM(Dalvik 虚拟机和ART、应用程序进程以及运行系统的关键服务SystemServer进程都是由Zygote进程来创建的。通过fork#xff08;复制进程#xff09;的形式来创建应用程进程和SystemServer进程#xff0c;由于Zygote进程在启动时会创建DVM…概述
在Android系统中DVM(Dalvik 虚拟机和ART、应用程序进程以及运行系统的关键服务SystemServer进程都是由Zygote进程来创建的。通过fork复制进程的形式来创建应用程进程和SystemServer进程由于Zygote进程在启动时会创建DVM或者ART因此通过 fork而创建的应用程序进程和SystemServer进程可以在内部获取DVM或者ART实例副本。
Zygote进程是init进程启动时创建的Zygote进程的名称并不是叫zygote而是叫app_process这个名称是在Android.mk中定义的Zygote进程启动后Linux 系统下的petri 系统会调用app_process 将其名称换成了“zygote ”。
Zygote启动脚本
init进程启动后会解析init.rc文件然后创建和加载service字段指定的进程。在init.rc 文件中采用了Import类型语句来引人Zygote启动脚本这些启动脚本都是由Android初始化语言来编写的
import/init.${ro.zygote}.rcinit.rc不会直接引入一个固定的文件而是根据属性ro.zygote的内容来引入不同的文件。
Zygote有32位和64位的区别所以在这里用ro.zygote属性来控制使用不同的Zygote启动脚本从而也就启动了不同版本的Zygote进程ro.zygote属性的取值有以下4种:
init.zygote32.rcinit.zygote32_64.rcinit.zygote64.rcinit.zygote64_32.rc
这些Zygote启动脚本都放在system/core/rootdir目录中。现在的主流厂家基本使用zygote64_32因此我们的rc文件为 init.zygote64_32.rc。
Zygote 进程启动过程
app_main.cpp的main函数
init进程启动Zygote时主要是调用app_main.cpp的main函数中的AppRuntime的start 方法来启动Zygote进程的先从app_ main.cpp的main函数开始分析
/frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cppint main(int argc, char* const argv[]){...while (i argc) {const char* arg argv[i];if (strcmp(arg, --zygote) 0) {// 注释1// 如果当前运行在 Zygote 进程中则将 zygote 设置为 truezygote true;// 注释2// 对于64位系统nice_name为zygote64; 32位系统为zygoteniceName ZYGOTE_NICE_NAME;} else if (strcmp(arg, --start-system-server) 0) {// 注释3// 如果当前运行在 SystemServer 进程中则将 startSystemServer 设置为 truestartSystemServer true;// 注释4} else if (strcmp(arg, --application) 0) {//启动进入独立的程序模式application true;} else if (strncmp(arg, --nice-name, 12) 0) {//niceName 为当前进程别名区别abi型号niceName.setTo(arg 12);} else if (strncmp(arg, --, 2) ! 0) {className.setTo(arg);break;} else {--i;break;}}...if (!niceName.isEmpty()) {// 设置昵称zygote\zygote64之前的名称是app_processruntime.setArgv0(niceName.string(), true /* setProcName */);}if (zygote) {// 注释5// 如果运行在Zygote进程中则加载ZygoteInitruntime.start(com.android.internal.os.ZygoteInit, args, zygote);// 注释6} else if (className) {//如果是application启动模式则加载RuntimeInitruntime.start(com.android.internal.os.RuntimeInit, args, zygote);} else {//没有指定类名或zygote参数错误fprintf(stderr, Error: no class name or --zygote supplied.\n);app_usage();LOG_ALWAYS_FATAL(app_process: no class name or --zygote supplied.);}
}Zygote进程都是通过fork自身来创建子进程的这样Zygote进程以及它的子进程都可以进入app_ main.cpp的main函数因此main函数中为了区分当前运行在哪个进程中会在注释1处判断参数arg中是否包含了–zygote如果包含了则说明main函数是运行在Zygote 进程中的并在注释2处将zygote置为ture。在注释3处判断参数arg 中是否包含了“ start-system server”如果包含了则说明main函数是运行在SystemServer进程中的并在注释4 处将startSystemServer设置为true。在注释5处如果zygote为true就说明当前运行在 Zygote 进程中就会调用注释6处的AppRuntime的start函数来加载虚拟机并进入JAVA世界。
frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cppvoid AndroidRuntime::start(const char* className, const VectorString8 options, bool zygote)
{.../* start the virtual machine */JniInvocation jni_invocation;jni_invocation.Init(NULL);JNIEnv* env;// 启动Java虚拟机if (startVm(mJavaVM, env, zygote, primary_zygote) ! 0) {return;}onVmCreated(env);// 为Java虚拟机注册JNI方法if (startReg(env) 0) {//2ALOGE(Unable to register all android natives\n);return;}jclass stringClass;jobjectArray strArray;jstring classNameStr;stringClass env-FindClass(java/lang/String);assert(stringClass ! NULL);strArray env-NewObjectArray(options.size() 1, stringClass, NULL);assert(strArray ! NULL);//从app_main的main函数得知className为com.android.internal.os.ZygoteinitclassNameStr env-NewStringUTF(className);assert(classNameStr ! NULL);env-SetObjectArrayElement(strArray, 0, classNameStr);for (size_t i 0; i options.size(); i) {jstring optionsStr env-NewStringUTF(options.itemAt(i).string());assert(optionsStr ! NULL);env-SetObjectArrayElement(strArray, i 1, optionsStr);}// classNarne “.”替换为“/”char* slashClassName toSlashClassName(className ! NULL ? className : );//找到Zygoteinit类jclass startClass env-FindClass(slashClassName);if (startClass NULL) {ALOGE(JavaVM unable to locate class %s\n, slashClassName);/* keep going */} else {// 找到ZygoteInit的main方法jmethodID startMeth env-GetStaticMethodID(startClass, main,([Ljava/lang/String;)V);//6if (startMeth NULL) {ALOGE(JavaVM unable to find main() in %s\n, className);/* keep going */} else {// 通过JNI调用Zygoteinit的main 方法env-CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);#if 0if (env-ExceptionCheck())threadExitUncaughtException(env);
#endif}}//释放相应对象的内存空间free(slashClassName);...
}从以上代码可以看出通过JNI调用Zygotelnit的main方法。因为Zygotelnit的main方法是由Java语言编写的当前的运行逻辑在Native中这就需要通过JNI调用Java。这样Zygote就从Native进入了Java框架层。start()函数主要做了三件事情1.调用startVm函数开启虚拟机。2.调用startReg注册JNI方法。3.使用JNI把Zygote进程启动起来。
ZygoteInit的main函数
通过JNI调用ZygoteInit的main函数后Zygote便进入了Java框架层此前没有任何代码进入过Java框架层换句换说Zygote开创了Java框架层。
frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.javapublic static void main(String argv[]) {// 1. 创建ZygoteServerZygoteServer zygoteServer null;// 调用native函数确保当前没有其它线程在运行ZygoteHooks.startZygoteNoThreadCreation(); try {// 设置pid为0Zygote进入自己的进程Os.setpgid(0, 0);} catch (ErrnoException ex) {throw new RuntimeException(Failed to setpgid(0,0), ex);}Runnable caller;try{...boolean startSystemServer false;String zygoteSocketName zygote;String abiList null;boolean enableLazyPreload false;// 2. 解析app_main.cpp - start()传入的参数for (int i 1; i argv.length; i) {if (start-system-server.equals(argv[i])) {//启动zygote时才会传入参数start-system-serverstartSystemServer true;} else if (--enable-lazy-preload.equals(argv[i])) {enableLazyPreload 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)) {zygoteSocketName argv[i].substring(SOCKET_NAME_ARG.length());} else {throw new RuntimeException(Unknown command line argument: argv[i]);} }// 根据传入socket name来决定是创建socket还是zygote_secondaryfinal boolean isPrimaryZygote zygoteSocketName.equals(Zygote.PRIMARY_SOCKET_NAME);...// 在第一次zygote启动时enableLazyPreload为false执行preloadif (!enableLazyPreload) {bootTimingsTraceLog.traceBegin(ZygotePreload);EventLog.writeEvent(LOG_BOOT_PROGRESS_PRELOAD_START,SystemClock.uptimeMillis());// 3.预加载类和资源(详解下文1) preload(bootTimingsTraceLog);EventLog.writeEvent(LOG_BOOT_PROGRESS_PRELOAD_END,SystemClock.uptimeMillis());bootTimingsTraceLog.traceEnd(); // ZygotePreload}...// 4.调用ZygoteServer构造函数创建socket.(详解下文2) zygoteServer new ZygoteServer(isPrimaryZygote);if (startSystemServer) {//5.fork出systemServer(详解下文3) Runnable r forkSystemServer(abiList, zygoteSocketName, zygoteServer);// 启动SystemServerif (r ! null) {r.run();// 调用SystemServer 的main 方法return;}} //6. zygote进程进入无限循环等待AMS请求(详解下文4) caller zygoteServer.runSelectLoop(abiList);}catch (Throwable ex) {Log.e(TAG, System zygote died with exception, ex);throw ex;} finally {if (zygoteServer ! null) {zygoteServer.closeServerSocket();}}// 7.在子进程中退出了选择循环。继续执行命令if (caller ! null) {caller.run();}
}Zygotelnit的main方法主要做了4件事1.创建一个Server端的Socket。2.预加载类和资源。3. 启动SystemServer进程。 4.等待AMS请求创建新的应用程序进程。
详解1preload()
预加载 在Zygote进程启动的时候就加载这样系统只在zygote执行一次加载操作所有APP用到该资源不需要再重新加载减少资源加载时间加快了应用启动速度一般情况下系统中App共享的资源会被列为预加载资源。 Zygote fork子进程时根据fork的copy-on-write机制可知有些类如果不做改变甚至都不用复制子进程可以和父进程共享这部分数据从而省去不少内存的占用。 预加载的原理 Zygote进程启动后将资源读取出来保存到Resources一个全局静态变量中下次读取系统资源的时候优先从静态变量中查找。 源码
static void preload(TimingsTraceLog bootTimingsTraceLog) {...// 获取字符集转换资源等beginPreload();// 预加载类的列表preloadClasses();cacheNonBootClasspathClassLoaders();// 加载图片、颜色等资源文件部分定义在 /frameworks/base/core/res/res/values/arrays.xml中preloadResources();nativePreloadAppProcessHALs();maybePreloadGraphicsDriver();// 加载 android、compiler_rt、jnigraphics等librarypreloadSharedLibraries();// 用于初始化文字资源preloadTextResources();// 用于初始化webviewWebViewFactory.prepareWebViewInZygote();// 预加载完成endPreload();warmUpJcaProviders();sPreloadComplete true;
}详解2ZygoteServer()
frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteServer.javaprivate LocalServerSocket mZygoteSocket;private LocalServerSocket mUsapPoolSocket;ZygoteServer(boolean isPrimaryZygote) {mUsapPoolEventFD Zygote.getUsapPoolEventFD();if (isPrimaryZygote) {// 创建socket并获取socket对象socketname zygotemZygoteSocket Zygote.createManagedSocketFromInitSocket(Zygote.PRIMARY_SOCKET_NAME);// 创建socket并获取socket对象socketnameusap_pool_primarymUsapPoolSocket Zygote.createManagedSocketFromInitSocket(Zygote.USAP_POOL_PRIMARY_SOCKET_NAME);} else {// 创建socket并获取socket对象socketnamezygote_secondarymZygoteSocket Zygote.createManagedSocketFromInitSocket(Zygote.SECONDARY_SOCKET_NAME);// 创建socket并获取socket对象socketnameusap_pool_secondarymUsapPoolSocket Zygote.createManagedSocketFromInitSocket(Zygote.USAP_POOL_SECONDARY_SOCKET_NAME);}mUsapPoolSupported true;fetchUsapPoolPolicyProps();
}frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/Zygote.java
static LocalServerSocket createManagedSocketFromInitSocket(String socketName) {int fileDesc;final String fullSocketName ANDROID_SOCKET_PREFIX socketName;try {// 在进程被创建时就会创建对应的文件描述符并加入到环境变量中,并取出对应的环境变量String env System.getenv(fullSocketName);fileDesc Integer.parseInt(env);} catch (RuntimeException ex) {throw new RuntimeException(Socket unset or invalid: fullSocketName, ex);}try {FileDescriptor fd new FileDescriptor();// 获取zygote socket的文件描述符fd.setInt$(fileDesc);return new LocalServerSocket(fd);// 创建Socket的本地服务端} catch (IOException ex) {throw new RuntimeException(Error building socket from file descriptor: fileDesc, ex);}}ZygoteServer 构造函数初始化时根据传入的参数利用LocalServerSocket创建了4个本地服务端的socket用来建立连接分别是zygote、usap_pool_primary、zygote_secondary、usap_pool_secondary。
详解3forkSystemServer
frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.javaprivate static Runnable forkSystemServer(String abiList, String socketName, ZygoteServer zygoteServer) {...//来创建args数组这个数组用来保存启动SystemServer 的启动参数String args[] {--setuid1000,--setgid1000,--setgroups1001,1002,1003,1004,1005,1006,1007,1008,1009,1010,1018,1021,1023, 1024,1032,1065,3001,3002,3003,3006,3007,3009,3010,3011,--capabilities capabilities , capabilities,--nice-namesystem_server,--runtime-args,--target-sdk-version VMRuntime.SDK_VERSION_CUR_DEVELOPMENT,com.android.server.SystemServer,};ZygoteArguments parsedArgs null; int pid;try {//将args数组封装成Arguments对象并供下面的SystemServer 函数调用parsedArgs new ZygoteArguments(args);Zygote.applyDebuggerSystemProperty(parsedArgs);Zygote.applyInvokeWithSystemProperty(parsedArgs);if (Zygote.nativeSupportsTaggedPointers()) {/* Enable pointer tagging in the system server. Hardware support for this is present* in all ARMv8 CPUs. */parsedArgs.mRuntimeFlags | Zygote.MEMORY_TAG_LEVEL_TBI;}/* Enable gwp-asan on the system server with a small probability. This is the same* policy as applied to native processes and system apps. */parsedArgs.mRuntimeFlags | Zygote.GWP_ASAN_LEVEL_LOTTERY;if (shouldProfileSystemServer()) {parsedArgs.mRuntimeFlags | Zygote.PROFILE_SYSTEM_SERVER;}// 创建一个子进程也就是 SystemServer 进程pid Zygote.forkSystemServer(parsedArgs.mUid, parsedArgs.mGid,parsedArgs.mGids,parsedArgs.mRuntimeFlags,null,parsedArgs.mPermittedCapabilities,parsedArgs.mEffectiveCapabilities);} catch (IllegalArgumentException ex) {throw new RuntimeException(ex);}// 当前代码逻辑运行在子进程system_server中if (pid 0) {// 处理32_64和64_32的情况if (hasSecondZygote(abiList)) {// /需要等待第二个Zygote创建完成waitForSecondaryZygote(socketName);}// 关闭连接zygoteServer.closeServerSocket();// 处理 SystemServer进程return handleSystemServerProcess(parsedArgs);}return null;
}调用Zygote的forkSystemServer方法其内部会调用nativeForkSystemServer这个Native方法nativeForkSystemServer方法最终会通过fork函数在当前进程创建一个子进程也就是SystemServer进程如果forkSystemServer方法返回的pid的值为0就表示当前的代码运行在新创建的子进程中。
详解4runSelectLoop
frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteServer.javaRunnable runSelectLoop(String abiList) {ArrayListFileDescriptor socketFDs new ArrayList();ArrayListZygoteConnection peers new ArrayList();// 该Socket的fd字段的值并添加到socketFDs列表socketFDs.add(mZygoteSocket.getFileDescriptor());// 无限循环等待AMS的请求while (true) {...int pollReturnValue;try {// 等待事件到来pollReturnValue Os.poll(pollFDs,pollTimeoutMs);} catch (ErrnoException ex) {throw new RuntimeException(poll failed, ex);}... // 倒序处理即优先处理已建立链接的信息后处理新建链接的请求while (--pollIndex 0) {if (pollIndex 0) {// 收到新的建立通信的请求建立通信连接ZygoteConnection newPeer acceptCommandPeer(abiList);peers.add(newPeer);//加入到peers和fds, 即下一次也开始监听 socketFDs.add(newPeer.getFileDescriptor());} else if (pollIndex usapPoolEventFDIndex) {// Session socket accepted from the Zygote server sockettry {//有socket连接创建ZygoteConnection对象,并添加到fdsZygoteConnection connection peers.get(pollIndex);final Runnable command connection.processOneCommand(this);} }...}}Zygote进程启动总结
创建AppRuntime并调用其start方法启动Zygote进程。创建Java虚拟机并为Java虚拟机注册JNI方法。通过JNI调用Zygotelnit的main函数进入Zygote的Java框架层。通过ZygoteServer创建服务端Socket预加载类和资源并通过runSelectLoop方法等待AMS的请求来创建新的应用程序进程。启动SystemServer进程。
