Android5 Zygote 与 SystemServer 启动流程分析

Android5 Zygote 与 SystemServer 启动流程分析

前言

Android5.0.1 的启动流程与之前的版本相比变化并不大，OK，变化虽然还是有：SystemServer 启动过程的 init1(), init2()没有了，但主干流程依然不变：Linux 内核加载完毕之后，首先启动 init 进程，然后解析 init.rc，并根据其内容由 init 进程装载 Android 文件系统、创建系统目录、初始化属性系统、启动一些守护进程，其中最重要的守护进程就是 Zygote 进程。Zygote 进程初始化时会创建 Dalvik 虚拟机、预装载系统的资源和 Java 类。所有从 Zygote 进程 fork 出来的用户进程都将继承和共享这些预加载的资源。init 进程是 Android 的第一个进程，而 Zygote 进程则是所有用户进程的根进程。SystemServer 是 Zygote 进程 fork 出的第一个进程，也是整个 Android 系统的核心进程。

zygote 进程

解析 zygote.rc

在文件中 /system/core/rootdir/init.rc 中包含了 zygote.rc:

import /init.${ro.zygote}.rc

${ro.zygote}是平台相关的参数，实际可对应到 init.zygote32.rc， init.zygote64.rc， init.zygote64_32.rc， init.zygote32_64.rc，前两个只会启动单一app_process(64) 进程，而后两个则会启动两个app_process进程：第二个app_process进程称为 secondary，在后面的代码中可以看到相应 secondary socket 的创建过程。为简化起见，在这里就不考虑这种创建两个app_process进程的情形。

以 /system/core/rootdir/init.zygote32.rc 为例：

    service zygote /system/bin/app_process -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

第一行创建了名为 zygote 的进程，这个进程是通过 app_process 的 main 启动并以”-Xzygote /system/bin –zygote –start-system-server”作为main的入口参数。

app_process 对应代码为 framework/base/cmds/app_process/app_main.cpp。在这个文件的main函数中：

AppRuntime runtime(argv[0], computeArgBlockSize(argc, argv));

    if (zygote) {
        runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args);
    } else if (className) {
        runtime.start("com.android.internal.os.RuntimeInit", args);
    }

根据入口参数，我们知道 zygote 为true，args参数中包含了”start-system-server”。

AppRuntime 继承自 AndroidRuntime，因此下一步就执行到 AndroidRuntime 的 start 函数。

void AndroidRuntime::start(const char* className, const Vector& options)
{
    /* start the virtual machine */ // 创建虚拟机
    JniInvocation jni_invocation;
    jni_invocation.Init(NULL);
    JNIEnv* env;
    if (startVm(&mJavaVM, &env) != 0) {
        return;
    }
    onVmCreated(env);

    ...
    //调用className对应类的静态main()函数
    char* slashClassName = toSlashClassName(className);
    jclass startClass = env->FindClass(slashClassName);
    jmethodID startMeth = env->GetStaticMethodID(startClass, "main",
    env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);
    ...
}

start函数主要做两件事：创建虚拟机和调用传入类名对应类的 main 函数。因此下一步就执行到 com.android.internal.os.ZygoteInit 的 main 函数。

    public static void main(String argv[]) {
        try {
            boolean startSystemServer = false;
            String socketName = "zygote";
            for (int i = 1; i < argv.length; i++) {
                if ("start-system-server".equals(argv[i])) {
                    startSystemServer = true;
                }
                ...
            }

            registerZygoteSocket(socketName);
            ...
            preload();
            ...

            if (startSystemServer) {
                startSystemServer(abiList, socketName);
            }

            Log.i(TAG, "Accepting command socket connections");
            runSelectLoop(abiList);

            closeServerSocket();
        } catch (MethodAndArgsCaller caller) {
            caller.run();
        } catch (RuntimeException ex) {
            Log.e(TAG, "Zygote died with exception", ex);
            closeServerSocket();
            throw ex;
        }
    }

它主要做了三件事情:
1. 调用 registerZygoteSocket 函数创建了一个 socket 接口，用来和 ActivityManagerService 通讯；
2. 调用 startSystemServer 函数来启动 SystemServer;
3. 调用 runSelectLoop 函数进入一个无限循环在前面创建的 socket 接口上等待 ActivityManagerService 请求创建新的应用程序进程。

这里要留意 catch (MethodAndArgsCaller caller) 这一行，android 在这里通过抛出一个异常来处理正常的业务逻辑。

    socket zygote stream 660 root system

系统启动脚本文件 init.rc 是由 init 进程来解释执行的，而 init 进程的源代码位于 system/core/init 目录中，在 init.c 文件中，是由 service_start 函数来解释 init.zygote32.rc 文件中的 service 命令的：

    void service_start(struct service *svc, const char *dynamic_args)
    {
        ...
        pid = fork();

        if (pid == 0) {
            struct socketinfo *si;
            ...

            for (si = svc->sockets; si; si = si->next) {
                int socket_type = (
                        !strcmp(si->type, "stream") ? SOCK_STREAM :
                            (!strcmp(si->type, "dgram") ? SOCK_DGRAM : SOCK_SEQPACKET));
                int s = create_socket(si->name, socket_type,
                                      si->perm, si->uid, si->gid, si->socketcon ?: scon);
                if (s >= 0) {
                    publish_socket(si->name, s);
                }
            }
            ...
        }
        ...
    }

每一个 service 命令都会促使 init 进程调用 fork 函数来创建一个新的进程，在新的进程里面，会分析里面的 socket 选项，对于每一个 socket 选项，都会通过 create_socket 函数来在 /dev/socket 目录下创建一个文件，在 zygote 进程中 socket 选项为“socket zygote stream 660 root system”，因此这个文件便是 zygote了，然后得到的文件描述符通过 publish_socket 函数写入到环境变量中去：

    static void publish_socket(const char *name, int fd)
    {
        char key[64] = ANDROID_SOCKET_ENV_PREFIX;
        char val[64];

        strlcpy(key + sizeof(ANDROID_SOCKET_ENV_PREFIX) - 1,
                name,
                sizeof(key) - sizeof(ANDROID_SOCKET_ENV_PREFIX));
        snprintf(val, sizeof(val), "%d", fd);
        add_environment(key, val);

        /* make sure we don't close-on-exec */
        fcntl(fd, F_SETFD, 0);
    }

这里传进来的参数name值为”zygote”，而 ANDROID_SOCKET_ENV_PREFIX 在 system/core/include/cutils/sockets.h 定义为：

#define ANDROID_SOCKET_ENV_PREFIX   "ANDROID_SOCKET_"
#define ANDROID_SOCKET_DIR          "/dev/socket"

因此，这里就把上面得到的文件描述符写入到以 “ANDROID_SOCKET_zygote” 为 key 值的环境变量中。又因为上面的 ZygoteInit.registerZygoteSocket 函数与这里创建 socket 文件的 create_socket 函数是运行在同一个进程中，因此，上面的 ZygoteInit.registerZygoteSocket 函数可以直接使用这个文件描述符来创建一个 Java层的LocalServerSocket 对象。如果其它进程也需要打开这个 /dev/socket/zygote 文件来和 zygote 进程进行通信，那就必须要通过文件名来连接这个 LocalServerSocket了。也就是说创建 zygote socket 之后，ActivityManagerService 就能够通过该 socket 与 zygote 进程通信从而 fork 创建