Android系統啟動流程（nougat7.1.1_r6）
阿新 • • 發佈：2019-01-12
一.Android啟動簡介
Android 是一種基於 Linux 的開放原始碼軟體棧，為廣泛的裝置和機型而建立。下圖所示為 Android 平臺的主要元件。
Linux 核心
Android 平臺的基礎是 Linux 核心。例如，Android Runtime (ART) 依靠 Linux 核心來執行底層功能，例如執行緒和低層記憶體管理。
- 音訊驅動（Audio）：常用的基於ALSA的高階Linux聲音體系驅動。
- Binder IPC驅動：Android的一個特殊的驅動程式，具有單獨的裝置節點，提供程序間通訊的功能。
- 顯示驅動（Display）：基於Linux的幀緩衝（Frame Buffer）驅動。
- 鍵盤驅動（KeyBoard）：作為輸入裝置的鍵盤驅動。
- 藍芽驅動（Bluetooth Driver）：基於IEEE 802.15.1標準的無線傳輸技術。
- 照相機驅動（Camera Driver）：常用的基於Linux的v412（Video for Linux）的驅動。
- Flash記憶體驅動（Flase Memory Driver）：基於MTD的Flash驅動程式。
- WiFi驅動：基於IEEE 802.11標準的驅動程式。
HAL(Hardware Abstraction Layer)
硬體抽象層 (HAL) 提供標準介面，向更高級別的 Java API 框架顯示裝置硬體功能。HAL 包含多個庫模組，其中每個模組都為特定型別的硬體元件實現一個介面，例如相機或藍芽模組。當框架 API 要求訪問裝置硬體時，Android 系統將為該硬體元件載入庫模組。
硬體抽象層 (HAL) 會定義一個標準介面以供硬體供應商實現，並允許 Android 忽略較低別的驅動程式實現。藉助 HAL，可以順利實現相關功能，而不會影響或無需更改更高級別的系統。HAL 實現會被封裝成模組 (.so) 檔案，並會由 Android 系統適時地載入。
標準的HAL結構中，HAL藉口包含兩個通用的元件：一個模組和一個裝置。
- 模組：表示被封裝切儲存為共享庫（.so file）的實現。裡面包含模組版本等元資料。
- 裝置：提取產品的實際硬體。例如，音訊模組可能會包含主音訊裝置、USB 音訊裝置或藍芽 A2DP 音訊裝置。
Android Runtime
Android Runtime時執行在Android 5.0（API 級別 21）或更高版本的裝置上。ART 編寫為通過執行 DEX 檔案在低記憶體裝置上執行多個虛擬機器，DEX 檔案是一種專為 Android 設計的位元組碼格式，經過優化，使用的記憶體很少。編譯工具鏈（例如 Jack）將 Java 原始碼編譯為 DEX 位元組碼，使其可在 Android 平臺上執行。
ART 的部分主要功能包括：
- 預先 (AOT) 和即時 (JIT) 編譯
- 優化的垃圾回收 (GC)
- 更好的除錯支援，包括專用取樣分析器、詳細的診斷異常和崩潰報告，並且能夠設定監視點以監控特定欄位
原生 C/C++ 庫 ：
許多核心 Android 系統元件和服務（例如 ART 和 HAL）構建自原生程式碼，需要以 C 和 C++ 編寫的原生庫。Android 平臺提供 Java 框架 API 以嚮應用顯示其中部分原生庫的功能。
- OpenGl ES: Android包括支援高效能2 d和3 d圖形與開放圖形庫。OpenGL是一個跨平臺的圖形API，它為3D圖形處理硬體指定了一個標準的軟體介面。
- WebKit:一個開源的瀏覽器引擎.
- OenMAX AL:一個多媒體應用程式的標準，基於 Khronos Group OpenMAX AL™ 1.0.1 standard，在Android4.0以上使用。
- Libc：從BSD繼承來的標準C系統函式庫，專門為基於embedded linux的裝置定製。
Application Framework（應用框架層）
- View System：可用以構建應用的 UI，包括列表、網格、文字框、按鈕甚至可嵌入的網路瀏覽器
- Content Providers：它可以讓一個應用訪問另一個應用的資料，或共享它們自己的資料。
- Resource Manager：用於訪問非程式碼資源，例如本地化的字串、圖形和佈局檔案 。
- Notification Manager：可讓所有應用在狀態列中顯示自定義提醒 。
- Activity Manager：用於管理應用的生命週期，提供常見的導航返回棧
- Window Manager：管理所有的視窗程式。
- Package Manager：Android系統內包的程式管理。
System Apps
Android 隨附一套用於電子郵件、簡訊、日曆、網際網路瀏覽和聯絡人等的核心應用。平臺隨附的應用與使用者可以選擇安裝的應用一樣，沒有特殊狀態。因此第三方應用可成為使用者的預設網路瀏覽器、簡訊 Messenger 甚至預設鍵盤（有一些例外，例如系統的“設定”應用）。
其實分析了這張圖都有什麼東西，但是對於安卓系統啟動流程還是很模糊的。我不打算循序漸進，先放一張圖，來對我這篇文章中提到的安卓系統流程有個整體的瞭解。
二、Linux核心啟動
開機按Power，正常啟動系統，載入boot.img，boot.img包含核心，基本檔案系統，用於正常啟動手機。
1.載入程式Bootloader
BootLoader是在作業系統執行之前執行的一段程式，它可以將系統的軟硬體環境帶到一個合適狀態，為執行作業系統做好準備。它比較像電腦上的BIOS，它就是要把OS拉起來執行。Bootloader有三種模式如下：
a：開機後按組合鍵啟動到fastboot模式，即命令或SD卡燒寫模式，不載入核心及檔案系統，可以通過資料線與電腦連線，然後在電腦上執行一些命令，如刷系統映象到手機上。
b：開機後按組合鍵啟動到recovery模式，載入recovery.img，recovery.img包含核心，部分檔案系統，可以讀sdcard中的update.zip進行刷機，也可以清除cache和使用者資料。
c：開機按Power，正常啟動系統，載入boot.img，boot.img包含核心，基本檔案系統，用於正常啟動手機。
正常啟動流程，也就是c流程。
Bootloader做的事情主要有：初始化CPU時鐘，記憶體，串列埠等；設定linux啟動引數；載入Linux各種各樣的核心映象到SDRAM中。
2.linux核心啟動
核心啟動時，設定快取、被保護儲存器、計劃列表，載入驅動。當核心完成系統設定，它首先在系統檔案中尋找”init”檔案，然後啟動root程序或者系統的第一個程序。
三、Init程序
Init程序，它是一個由核心啟動的使用者級程序。核心自行啟動（已經被載入記憶體，開始執行，並已初始化所有的裝置驅動程式和資料結構等）之後，就通過啟動一個使用者級程式init的方式，完成引導程序。init始終是第一個程序.
1.Init入口函式
system/core/init/init.cpp
init的入口函式為main。
int main(int argc, char** argv) {
...
// Get the basic filesystem setup we need put together in the initramdisk on / and then we'll let the rc file figure out the rest.
//基本的系統的設定。掛載資訊，建立一些資料夾。從註釋中我們可以看到，它把一些其他的操作放到了rc檔案下。之後會提到。
if (is_first_stage) {
mount("tmpfs", "/dev", "tmpfs", MS_NOSUID, "mode=0755");
mkdir("/dev/pts", 0755);
mkdir("/dev/socket", 0755);
mount("devpts", "/dev/pts", "devpts", 0, NULL);
#define MAKE_STR(x) __STRING(x)
mount("proc", "/proc", "proc", 0, "hidepid=2,gid=" MAKE_STR(AID_READPROC));
mount("sysfs", "/sys", "sysfs", 0, NULL);
}
//重定向標準輸入\輸出到 dev/_null_
open_devnull_stdio();
//初始化核心log系統
klog_init();
klog_set_level(KLOG_NOTICE_LEVEL);
NOTICE("init %s started!\n", is_first_stage ? "first stage" : "second stage");
if (!is_first_stage) {
close(open("/dev/.booting", O_WRONLY | O_CREAT | O_CLOEXEC, 0000));
//初始化屬性相關資源，利用ashmem共享。
property_init();
process_kernel_dt();
process_kernel_cmdline();
export_kernel_boot_props();
}
// Set up SELinux, including loading the SELinux policy if we're in the kernel domain.
//設定SELinux policy策略。
selinux_initialize(is_first_stage);
if (is_first_stage) {
if (restorecon("/init") == -1) {
ERROR("restorecon failed: %s\n", strerror(errno));
security_failure();
}
char* path = argv[0];
char* args[] = { path, const_cast<char*>("--second-stage"), nullptr };
if (execv(path, args) == -1) {
ERROR("execv(\"%s\") failed: %s\n", path, strerror(errno));
security_failure();
}
}
NOTICE("Running restorecon...\n");
restorecon("/dev");
restorecon("/dev/socket");
restorecon("/dev/__properties__");
restorecon("/property_contexts");
restorecon_recursive("/sys");
//建立epoll控制代碼
epoll_fd = epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC);
if (epoll_fd == -1) {
ERROR("epoll_create1 failed: %s\n", strerror(errno));
exit(1);
}
signal_handler_init();
property_load_boot_defaults();
export_oem_lock_status();
//啟動屬性服務
start_property_service();
const BuiltinFunctionMap function_map;
Action::set_function_map(&function_map);
Parser& parser = Parser::GetInstance();
parser.AddSectionParser("service",std::make_unique<ServiceParser>());
parser.AddSectionParser("on", std::make_unique<ActionParser>());
parser.AddSectionParser("import", std::make_unique<ImportParser>());
//解析init.rc。
parser.ParseConfig("/init.rc");
//解析完成配置檔案之後，會得到一系列的action動作。init和boot。
ActionManager& am = ActionManager::GetInstance();
am.QueueEventTrigger("early-init");
// Queue an action that waits for coldboot done so we know ueventd has set up all of /dev...
am.QueueBuiltinAction(wait_for_coldboot_done_action, "wait_for_coldboot_done");
// ... so that we can start queuing up actions that require stuff from /dev.
am.QueueBuiltinAction(mix_hwrng_into_linux_rng_action, "mix_hwrng_into_linux_rng");
am.QueueBuiltinAction(set_mmap_rnd_bits_action, "set_mmap_rnd_bits");
am.QueueBuiltinAction(keychord_init_action, "keychord_init");
am.QueueBuiltinAction(console_init_action, "console_init");
// Trigger all the boot actions to get us started.
am.QueueEventTrigger("init");
// Repeat mix_hwrng_into_linux_rng in case /dev/hw_random or /dev/random
// wasn't ready immediately after wait_for_coldboot_done
am.QueueBuiltinAction(mix_hwrng_into_linux_rng_action, "mix_hwrng_into_linux_rng");
// Don't mount filesystems or start core system services in charger mode.
std::string bootmode = property_get("ro.bootmode");
if (bootmode == "charger") {
am.QueueEventTrigger("charger");
} else {
am.QueueEventTrigger("late-init");
}
// Run all property triggers based on current state of the properties.
am.QueueBuiltinAction(queue_property_triggers_action, "queue_property_triggers");
while (true) {
//while迴圈不斷呼叫ExecuteOneCommand函式時，匹配的action。
if (!waiting_for_exec) {
am.ExecuteOneCommand();
restart_processes();
}
int timeout = -1;
if (process_needs_restart) {
timeout = (process_needs_restart - gettime()) * 1000;
if (timeout < 0)
timeout = 0;
}
if (am.HasMoreCommands()) {
timeout = 0;
}
bootchart_sample(&timeout);
epoll_event ev;
int nr = TEMP_FAILURE_RETRY(epoll_wait(epoll_fd, &ev, 1, timeout));
if (nr == -1) {
ERROR("epoll_wait failed: %s\n", strerror(errno));
} else if (nr == 1) {
//通過epoll來監聽，處理屬性服務相關的事情。
((void (*)()) ev.data.ptr)();
}
}
return 0;
}我們對上面的程式碼進行總結：
1.建立檔案系統目錄並掛載相關的檔案系統。
2.初始化核心log系統。
3.初始化屬性相關資源，利用ashmem共享。
4.設定SELinux policy策略
- Android 使用 SELinux 對所有程序強制執行強制訪問控制 (MAC)，其中包括以 Root/超級使用者許可權執行的程序（也稱為 Linux 功能）。SELinux 能夠限制特權程序並能夠自動建立安全政策，從而可提升 Android 的安全性。
- 關於SELinux 中有詳細的介紹。(https://source.android.com/security/selinux/)。需要翻牆。
5.建立epoll控制代碼。
- epoll僅僅是一個非同步事件的通知機制，其本身並不作任何的IO讀寫操作，它只負責告訴你是不是可以讀或可以寫了，而具體的讀寫操作，還要應用程式自己來完成。
- 該函式生成一個epoll專用的檔案描述符。它其實是在核心申請一空間，用來存放你想關注的fd上是否發生的事件。size就是你在這個epoll fd上能關注的最大fd數，這個引數不同於select()中的第一個引數，給出最大監聽的fd+1的值。需要注意的是，當建立好epoll控制代碼後，它就會佔用一個fd值，在Linux下如果檢視/proc/程序id/fd/，是能夠看到這個fd的，所以在使用完epoll後，必須呼叫close()關閉，否則可能導致fd被耗盡。
6.啟動屬性服務。
//system/core/init/property_service.cpp
void start_property_service() {
property_set_fd = create_socket(PROP_SERVICE_NAME, SOCK_STREAM | SOCK_CLOEXEC | SOCK_NONBLOCK,
0666, 0, 0, NULL);
if (property_set_fd == -1) {
ERROR("start_property_service socket creation failed: %s\n", strerror(errno));
exit(1);
}
listen(property_set_fd, 8);
register_epoll_handler(property_set_fd, handle_property_set_fd);
}
- 建立了socket套接字，然後監聽，並且呼叫register_epoll_handler函式把socket的fd放入了epoll中。
7.通過parser拆分，解析init.rc。
8.while迴圈，通過epoll控制代碼來處理屬性服務相關的事情。
在上面中解析init.rc是我們比較關注的事情。
2.Init控制Service
init.rc是什麼？
我們在android原始碼的README.md中可以讀到詳細的用法。
在這裡面我做一下簡要介紹：
init.rc是一個配置檔案，內部由Android初始化語言編寫（Android Init Language）編寫的指令碼，Android Init語言包含五個寬泛的語句型別:操作（actions）、命令(commands)、服務(services)、選項(options)和匯入(imports)。
AIL在編寫時需要分成多個部分（Section），而每一部分的開頭需要指定Actions或Services。也就是說，每一個Actions或Services確定一個Section。而所有的Commands和Options只能屬於最近定義的Section。如果Commands和Options在第一個Section之前被定義，它們將被忽略。
init的main函式中我們看到，通過parser拆分，解析init.rc。
從init.rc(路徑：sysetm/core/rootdir/init.rc)中我們可以看到：
import /init.environ.rc
import /init.usb.rc
import /init.${ro.hardware}.rc
import /init.usb.configfs.rc
import /init.${ro.zygote}.rcimport用來初始化一些配置檔案的。我們可以看到配置了zygote。
zygote的.rc檔案有多個。主要就是來區分不同的平臺（32、64及64_32）。
init.rc檔案進行了拆分了每個服務一個rc檔案。我們以nit.zygote64.rc為例。
其中service用於通知init程序建立名zygote的程序，
//system/core/rootdir/init.zygote64.rc
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 audioserver
onrestart restart cameraserver
onrestart restart media
onrestart restart netd
writepid /dev/cpuset/foreground/tasks /dev/stune/foreground/tasks
services的語法規則是這樣的：
service <name> <pathname> [ <argument> ]*
//<名字><執行程式路徑><引數>
<option> //什麼時候如何啟動service
<option>
...其中：name 是程式的名字，pathname是執行程式路徑，argument引數。option 是什麼時候如何啟動service。
我們可以看到 啟動zygote的 class 名字 是main。
3. init啟動zygote
我們在init.rc檔案中找找關於main的程式碼。
//system/core/rootdir/init.rc
...
on nonencrypted
# A/B update verifier that marks a successful boot.
exec - root -- /system/bin/update_verifier nonencrypted
class_start main
class_start late_start
...
其中class_start是一個COMMAND，對應的函式為do_class_start。main指的就是zygote，因此class_start main用來啟動zygote。do_class_start函式在builtins.cpp中定義，如下所示。
//system/core/init/builtins.cpp
static int do_class_start(const std::vector<std::string>& args) {
/* Starting a class does not start services
* which are explicitly disabled. They must
* be started individually.
*/
//ServiceManager在system\core\init\service.cpp目錄中定義
//serviceManager::GetInstance().ForEachServiceInClass()方法。
ServiceManager::GetInstance().
ForEachServiceInClass(args[1], [] (Service* s) { s->StartIfNotDisabled(); });
return 0;
}
這段程式碼中呼叫了ServiceManager的單例模式，ForEachServiceInClass迴圈遍歷service。
//system\core\init\service.cpp
bool Service::StartIfNotDisabled() {
if (!(flags_ & SVC_DISABLED)) {
return Start();
} else {
flags_ |= SVC_DISABLED_START;
}
return true;
}
StartIfNotDisabled從字面意思就可以看出來如果不是啟動失敗的就開始，所以我們接著檢視Start方法
//system\core\init\service.cpp
bool Service::Start() {
flags_ &= (~(SVC_DISABLED|SVC_RESTARTING|SVC_RESET|SVC_RESTART|SVC_DISABLED_START));
time_started_ = 0;
if (flags_ & SVC_RUNNING) {//如果Service已經執行，則不啟動
return false;
}
bool needs_console = (flags_ & SVC_CONSOLE);
if (needs_console && !have_console) {
ERROR("service '%s' requires console\n", name_.c_str());
flags_ |= SVC_DISABLED;
return false;
}
//判斷需要啟動的Service的對應的執行檔案是否存在，不存在則不啟動該Service
struct stat sb;
if (stat(args_[0].c_str(), &sb) == -1) {
ERROR("cannot find '%s' (%s), disabling '%s'\n",
args_[0].c_str(), strerror(errno), name_.c_str());
flags_ |= SVC_DISABLED;
return false;
}
...
//fork呼叫的一個奇妙之處就是它僅僅被呼叫一次，卻能夠返回兩次，它可能有三種不同的返回值
//（1）在子程序中，fork返回0；
//（2）在父程序中，fork返回新建立子程序的程序ID；
//（3）如果出現錯誤，fork返回一個負值；
//1.fork函式建立子程序
pid_t pid = fork();
if (pid == 0) {//執行在子程序中
umask(077);
for (const auto& ei : envvars_) {
add_environment(ei.name.c_str(), ei.value.c_str());
}
for (const auto& si : sockets_) {
int socket_type = ((si.type == "stream" ? SOCK_STREAM :
(si.type == "dgram" ? SOCK_DGRAM :
SOCK_SEQPACKET)));
const char* socketcon =
!si.socketcon.empty() ? si.socketcon.c_str() : scon.c_str();
int s = create_socket(si.name.c_str(), socket_type, si.perm,
si.uid, si.gid, socketcon);
if (s >= 0) {
PublishSocket(si.name, s);
}
}
...
//2.execve（執行檔案）在父程序中fork一個子程序，在子程序中呼叫exec函式啟動新的程式。
if (execve(args_[0].c_str(), (char**) &strs[0], (char**) ENV) < 0) {
ERROR("cannot execve('%s'): %s\n", args_[0].c_str(), strerror(errno));
}
_exit(127);
}
...
return true;
}
從上面的程式碼中我們可以看出，init.rc運用Android初始化語言，啟動了一個servicemanager來管理。然後servicemanager中通過遍歷來查詢我們要的那個service。其中service.cpp是用來啟動的，如果這個service沒有，我們fork一個出來。順便提一句，fork函式在android中有兩次運用。一個是主要用來為應用和SystemService fork程序的。一個是java編寫的zygote介面，負責為應用和service呼叫C/C++ zygote的介面執行fork，從而建立VM程序。
通過註釋1和2的程式碼，我們需要找到子程序（system/bin/app_process）到底做了什麼，framework/cmds/app_process/app_main.cpp的main函式。
//frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp
{
...
if (zygote) {
//1
runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote);
} else if (className) {
runtime.start("com.android.internal.os.RuntimeInit", args, zygote);
} else {
fprintf(stderr, "Error: no class name or --zygote supplied.\n");
app_usage();
LOG_ALWAYS_FATAL("app_process: no class name or --zygote supplied.");
return 10;
}
}
註釋1處的程式碼 呼叫runtime(AppRuntime)的start來啟動zygote。也就是說，在主函式中，初始化了執行時環境，並且建立虛擬機器，然後執行再com.android.internal.os.ZygoteInit的main函式。
4、Zygote程序
在Android系統中，JavaVM(Java虛擬機器)、應用程式程序以及執行系統的關鍵服務的SystemServer程序都是由Zygote程序來建立的，我們也將它稱為孵化器。它通過fock(複製程序)的形式來建立應用程式程序和SystemServer程序，由於Zygote程序在啟動時會建立JavaVM，因此通過fock而建立的應用程式程序和SystemServer程序可以在內部獲取一個JavaVM的例項拷貝。
Servicemanager和zygote程序就奠定了Android的基礎。Zygote這個程序起來才會建立起真正的Android執行空間，初始化建立的Service都是Navtive service。
建立Zygote的主要流程
1.建立AppRuntime並呼叫其start方法，啟動Zygote程序。
2.建立JavaVM併為JavaVM註冊JNI.
3.通過JNI呼叫ZygoteInit的main函式進入Zygote的Java框架層。
4.通過registerZygoteSocket函式建立服務端Socket，並通過runSelectLoop函式等待ActivityManagerService的請求。
5.啟動SystemServer程序。
zygote主要的呼叫函式
1、APPRuntime分析
init啟動zygote時主要是呼叫app_main.cpp的main函式中的AppRuntime的start來啟動zygote程序的，我們就從app_main.cpp的main函式開始分析。
frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp
int main(int argc, char* const argv[])
{
...
//AppRuntime繼承自AndroidRuntime。稍後對AndroidRuntime進行分析。
AppRuntime runtime(argv[0], computeArgBlockSize(argc, argv));
// Process command line arguments
// ignore argv[0]
argc--;
argv++;
// Everything up to '--' or first non '-' arg goes to the vm.
//
// The first argument after the VM args is the "parent dir", which
// is currently unused.
//
// After the parent dir, we expect one or more the following internal
// arguments :
//
// --zygote : Start in zygote mode
// --start-system-server : Start the system server.
// --application : Start in application (stand alone, non zygote) mode.
// --nice-name : The nice name for this process.
//
// For non zygote starts, these arguments will be followed by
// the main class name. All remaining arguments are passed to
// the main method of this class.
//
// For zygote starts, all remaining arguments are passed to the zygote.
// main function.
//
// Note that we must copy argument string values since we will rewrite the
// entire argument block when we apply the nice name to argv0.
int i;
for (i = 0; i < argc; i++) {
if (argv[i][0] != '-') {
break;
}
if (argv[i][1] == '-' && argv[i][2] == 0) {
++i; // Skip --.
break;
}
runtime.addOption(strdup(argv[i]));
}
// Parse runtime arguments. Stop at first unrecognized option.
//解析引數。如果不識別就停止。
bool zygote = false;
bool startSystemServer = false;
bool application = false;
String8 niceName;
String8 className;
++i; // Skip unused "parent dir" argument.
//不斷迴圈來解析輸入的引數。
while (i < argc) {
const char* arg = argv[i++];
//這些事我們在init.rc中見過的一些引數。
if (strcmp(arg, "--zygote") == 0) {
zygote = true;
//對於64位系統nice_name為zygote64; 32位系統為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;
}
}
Vector<String8> args;
if (!className.isEmpty()) {
// We're not in zygote mode, the only argument we need to pass
// to RuntimeInit is the application argument.
//
// The Remainder of args get passed to startup class main(). Make
// copies of them before we overwrite them with the process name.
args.add(application ? String8("application") : String8("tool"));
runtime.setClassNameAndArgs(className, argc - i, argv + i);
} else {
// We're in zygote mode.
//建立Dalvik虛擬機器的目錄。/data/dalvik-cache路徑
maybeCreateDalvikCache();
if (startSystemServer) {
//加入引數。
args.add(String8("start-system-server"));
}
char prop[PROP_VALUE_MAX];
if (property_get(ABI_LIST_PROPERTY, prop, NULL) == 0) {
LOG_ALWAYS_FATAL("app_process: Unable to determine ABI list from property %s.",
ABI_LIST_PROPERTY);
return 11;
}
String8 abiFlag("--abi-list=");
abiFlag.append(prop);
args.add(abiFlag);
// In zygote mode, pass all remaining arguments to the zygote
// main() method.
//剩下的所有都在zygote的main函式中建立。先把這些引數加入args(也就是zygote)中。
for (; i < argc; ++i) {
args.add(String8(argv[i]));
}
}
if (!niceName.isEmpty()) {
//替換程序的名字。zygote終於有名字了。
runtime.setArgv0(niceName.string());
set_process_name(niceName.string());
}
if (zygote) {
runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote);
} else if (className) {
runtime.start("com.android.internal.os.RuntimeInit", args, zygote);
} else {
fprintf(stderr, "Error: no class name or --zygote supplied.\n");
app_usage();
LOG_ALWAYS_FATAL("app_process: no class name or --zygote supplied.");
//沒有指定類名或zygote，引數錯誤
return 10;
}
}從上一段中我們看到，通過向runtime.start傳入引數來建立ZygoteInit和RuntimeInit。runtime指的就是AppRuntime，AppRuntime宣告也在app_main.cpp中，它繼承AndroidRuntime，也就是我們呼叫start其實是呼叫AndroidRuntime的start函式：
//frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp
void AndroidRuntime::start(const char* className, const Vector<String8>& options, bool zygote)
{
...
/* start the virtual machine */
JniInvocation jni_invocation;
jni_invocation.Init(NULL);
JNIEnv* env;
//建立虛擬機器
if (startVm(&mJavaVM, &env, zygote) != 0) {
return;
}
onVmCreated(env);
//jni方法
if (startReg(env) < 0) {
ALOGE("Unable to register all android natives\n");
return;
}
jclass stringClass;
jobjectArray strArray;
jstring classNameStr;
stringClass = env->FindClass("java/lang/String");
assert(stringClass != NULL);
//建立陣列
strArray = env->NewObjectArray(options.size() + 1, stringClass, NULL);
assert(strArray != NULL);
//從app_main的main函式得知className為com.android.internal.os.ZygoteInit
classNameStr = 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);
}
//方法中. 換成/也就是將"com.android.internal.os.ZygoteInit"轉換為"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 {
//找到ZygoteInit的main函式
jmethodID startMeth = env->GetStaticMethodID(startClass, "main",
"([Ljava/lang/String;)V");
if (startMeth == NULL) {
ALOGE("JavaVM unable to find main() in '%s'\n", className);
} else {
//通過JNI呼叫ZygoteInit的main函式。
env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);
#if 0
if (env->ExceptionCheck())
threadExitUncaughtException(env);
#endif
}
}
...
}
2、Zygote的Java框架層
通過JNI呼叫ZygoteInit的main函式後，Zygote便進入了Java框架層，此前沒有任何程式碼進入過Java框架層，換句換說Zygote開創了Java框架層。
frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
public static void main(String argv[]) {
...
try {
...
//註冊Zygote用的Socket
registerZygoteSocket(socketName);//1
...
//預載入類和資源
preload();//2
SamplingProfilerIntegration.writeZygoteSnapshot();
gcAndFinalize(); //GC操作
if (startSystemServer) {
//啟動SystemServer程序,呼叫Zygote的native方法 forkSystemServer();
startSystemServer(abiList, socketName);//3
}
Log.i(TAG, "Accepting command socket connections");
//等待客戶端請求
runSelectLoop(abiList);//4
closeServerSocket();
} catch (MethodAndArgsCaller caller) {
//在異常捕獲後呼叫的方法caller.run()
caller.run();
} catch (RuntimeException ex) {
Log.e(TAG, "Zygote died with exception", ex);
closeServerSocket();
throw ex;
}
}
註釋1處：通過registerZygoteSocket函式來建立一個Server端的Socket，這個Socket用來等待ActivityManagerService來請求Zygote來建立新的應用程式程序。
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);//設定檔案描述符
sServerSocket = new LocalServerSocket(fd); ////建立Socket的本地服務端，也就是服務端的Socket。當Zygote程序將SystemServer程序啟動後，就會在這個服務端的Socket上來等待ActivityManagerService請求Zygote程序來建立新的應用程式程序。
} catch (IOException ex) {
throw new RuntimeException(
"Error binding to local socket '" + fileDesc + "'", ex);
}
}
}註釋2處用來預載入類和資源。
static void preload() {
....
//預載入位於/system/etc/preloaded-classes檔案中的類
preloadClasses();
//預載入資源，包含drawable和color資源/
主要是 com.android.internal.R.array.preloaded_drawables和com.android.internal.R.array.preloaded_color_state_lists，在應用程式中以com.android.internal.R.xxx開頭的資源，便是此時由Zygote載入到記憶體的。
preloadResources();
//預載入OpenGL
preloadOpenGL();
//通過System.loadLibrary()方法，
//預載入"android","compiler_rt","jnigraphics"這3個共享庫
preloadSharedLibraries();
//預載入 文字連線符資源
preloadTextResources();
//僅用於zygote程序，用於記憶體共享的程序
WebViewFactory.prepareWebViewInZygote();
endIcuCachePinning();
warmUpJcaProviders();
}註釋3處用來啟動SystemServer程序，這樣系統的關鍵服務也會由SystemServer程序啟動起來。
private static boolean startSystemServer(String abiList, String socketName)
throws MethodAndArgsCaller, RuntimeException {
long capabilities = posixCapabilitiesAsBits(
OsConstants.CAP_IPC_LOCK,
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
);
if (!SystemProperties.getBoolean(PROPERTY_RUNNING_IN_CONTAINER, false)) {
capabilities |= posixCapabilitiesAsBits(OsConstants.CAP_BLOCK_SUSPEND);
}
//引數準備
String args[] = {
"--setuid=1000",
"--setgid=1000",
"--setgroups=1001,1002,1003,1004,1005,1006,1007,1008,1009,1010,1018,1021,1032,3001,3002,3003,3006,3007,3009,3010",
"--capabilities=" + capabilities + "," + capabilities,
"--nice-name=system_server",
"--runtime-args",
"com.android.server.SystemServer",
};
ZygoteConnection.Arguments parsedArgs = null;
int pid;
try {
parsedArgs = new ZygoteConnection.Arguments(args);
ZygoteConnection.applyDebuggerSystemProperty(parsedArgs);
ZygoteConnection.applyInvokeWithSystemProperty(parsedArgs);
// fork子程序，用於執行system_server
pid = Zygote.forkSystemServer(
parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,
parsedArgs.gids,
parsedArgs.debugFlags,
null,
parsedArgs.permittedCapabilities,
parsedArgs.effectiveCapabilities);
} catch (IllegalArgumentException ex) {
throw new RuntimeException(ex);
}
//進入子程序system_server
if (pid == 0) {
if (hasSecondZygote(abiList)) {
waitForSecondaryZygote(socketName);
}
//完成剩餘的工作。關閉socket等。
handleSystemServerProcess(parsedArgs);
}
return true;
}註釋4處呼叫runSelectLoop函式來等待客戶端請求。由此得知，ZygoteInit的main函式主要做了4件事，接下來我們對主要的事件一一進行分析。
private static void runSelectLoop(String abiList) throws MethodAndArgsCaller {
ArrayList<FileDescriptor> fds = new ArrayList<FileDescriptor>();
ArrayList<ZygoteConnection> peers = new ArrayList<ZygoteConnection>();
//sServerSocket就是我們在registerZygoteSocket函式中建立的服務端Socket，呼叫sServerSocket.getFileDescriptor()用來獲得該Socket的fd欄位的值並新增到fd列表fds中。接下來無限迴圈用來等待ActivityManagerService請求Zygote程序建立新的應用程式程序。
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 {
//處理輪詢狀態，當pollFds有事件到來則往下執行，否則阻塞在這裡
Os.poll(pollFds, -1);
} catch (ErrnoException ex) {
throw new RuntimeException("poll failed", ex);
}
for (int i = pollFds.length - 1; i >= 0; --i) {
//採用I/O多路複用機制（Multiplexing Model），當接收到客戶端發出連線請求 或者資料處理請求到來，則往下執行；
// 否則進入continue，跳出本次迴圈。
if ((pollFds[i].revents & POLLIN) == 0) {
continue;
}
if (i == 0) {
//即fds[0]，代表的是sServerSocket，則意味著有客戶端連線請求；
// 則建立ZygoteConnection物件,並新增到fds。
ZygoteConnection newPeer = acceptCommandPeer(abiList);
peers.add(newPeer);
fds.add(newPeer.getFileDesciptor());
} else {
boolean done = peers.get(i).runOnce();
if (done) {
peers.remove(i);
//處理完則從fds中移除該檔案描述符
fds.remove(i);
}
}
}
}
}5、SyetemServer程序
SystemServer程序主要的作用是啟動各種系統服務，比如
ActivityManagerService，PackageManagerService，WindowManagerService等服務，我們平時熟知的各種系統性的服務其實都是在SystemServer程序中啟動的，而當我們的應用需要使用各種系統服務的時候其實也是通過與SystemServer程序通訊獲取各種服務物件的控制代碼，進而執行相應的操作的。
SyetemServer在啟動時做了如下工作： 1.啟動Binder執行緒池，這樣就可以與其他程序進行通訊。 2.建立SystemServiceManager用於對系統的服務進行建立、啟動和生命週期管理。 3.啟動各種系統服務。
1、Zygote啟動SystemServer程序
frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
private static boolean startSystemServer(String abiList, String socketName)
throws MethodAndArgsCaller, RuntimeException {
...
if (pid == 0) {
if (hasSecondZygote(abiList)) {
waitForSecondaryZygote(socketName);
}
handleSystemServerProcess(parsedArgs);
}
return true;
}
前面提到在ZygoteInit.java的startSystemServer函式中啟動了SyetemServer程序。在startSystemServer函式中呼叫handleSystemServerProcess來啟動SyetemServer程序。
2、SystemServer程序啟動過程
private static void handleSystemServerProcess(
ZygoteConnection.Arguments parsedArgs)
throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
closeServerSocket();//1
...