App启动流程

目录介绍

• 1.什么是Zygote进程

  • 1.1 简单介绍
  • 1.2 各个进程的先后顺序
  • 1.3 进程作用说明

• 2.Zygote进程的启动流程

  • 2.1 源码位置
  • 2.2 ZygoteInit类的main方法
  • 2.3 registerZygoteSocket(socketName)分析
  • 2.4 preLoad()方法分析
  • 2.5 startSystemServer()启动进程

• 3.SystemServer进程启动流程

  • 3.1 SystemServer进程简介
  • 3.2 SystemServer的main方法
  • 3.3 查看run方法
  • 3.4 run方法中createSystemContext()解析
  • 3.5 mSystemServiceManager的创建

• 4.启动服务

  • 4.1 启动哪些服务
  • 4.2 启动服务流程源码分析
  • 4.3 启动部分服务

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1.什么是Zygote进程

1.1 简单介绍

• Zygote进程是所有的android进程的父进程，包括SystemServer和各种应用进程都是通过Zygote进程fork出来的。Zygote（孵化）进程相当于是android系统的根进程，后面所有的进程都是通过这个进程fork出来的
• 虽然Zygote进程相当于Android系统的根进程，但是事实上它也是由Linux系统的init进程启动的。

1.2 各个进程的先后顺序

• init进程 --> Zygote进程 --> SystemServer进程 -->各种应用进程

1.3 进程作用说明

• init进程：linux的根进程，android系统是基于linux系统的，因此可以算作是整个android操作系统的第一个进程；
• Zygote进程：android系统的根进程，主要作用：可以作用Zygote进程fork出SystemServer进程和各种应用进程；
• SystemService进程：主要是在这个进程中启动系统的各项服务，比如ActivityManagerService，PackageManagerService，WindowManagerService服务等等；
• 各种应用进程：启动自己编写的客户端应用时，一般都是重新启动一个应用进程，有自己的虚拟机与运行环境；

2.Zygote进程的启动流程

2.1 源码位置

• 位置：frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java

• Zygote进程mian方法主要执行逻辑：

  • 初始化DDMS；
  • 注册Zygote进程的socket通讯；
  • 初始化Zygote中的各种类，资源文件，OpenGL，类库，Text资源等等；
  • 初始化完成之后fork出SystemServer进程；
  • fork出SystemServer进程之后，关闭socket连接；

2.2 ZygoteInit类的main方法

• init进程在启动Zygote进程时一般都会调用ZygoteInit类的main方法，因此这里看一下该方法的具体实现(基于android23源码)；

  • 调用enableDdms()，设置DDMS可用，可以发现DDMS启动的时机还是比较早的，在整个Zygote进程刚刚开始要启动额时候就设置可用。
  • 之后初始化各种参数
  • 通过调用registerZygoteSocket方法，注册为Zygote进程注册Socket
  • 然后调用preload方法实现预加载各种资源
  • 然后通过调用startSystemServer开启SystemServer服务，这个是重点
  public static void main(String argv[]) {try {//设置ddms可以用RuntimeInit.enableDdms();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]);}}if (abiList == null) {throw new RuntimeException("No ABI list supplied.");}registerZygoteSocket(socketName);EventLog.writeEvent(LOG_BOOT_PROGRESS_PRELOAD_START,SystemClock.uptimeMillis());preload();EventLog.writeEvent(LOG_BOOT_PROGRESS_PRELOAD_END,SystemClock.uptimeMillis());SamplingProfilerIntegration.writeZygoteSnapshot();gcAndFinalize();Trace.setTracingEnabled(false);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;} }

2.3 registerZygoteSocket(socketName)分析

• 调用registerZygoteSocket（String socketName）为Zygote进程注册socket

  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);sServerSocket = new LocalServerSocket(fd);} catch (IOException ex) {throw new RuntimeException("Error binding to local socket '" + fileDesc + "'", ex);}} }

2.4 preLoad()方法分析

• 源码如下所示

  static void preload() {Log.d(TAG, "begin preload");preloadClasses();preloadResources();preloadOpenGL();preloadSharedLibraries();preloadTextResources();// Ask the WebViewFactory to do any initialization that must run in the zygote process,// for memory sharing purposes.WebViewFactory.prepareWebViewInZygote();Log.d(TAG, "end preload"); }

• 大概操作是这样的：

  • preloadClasses()用于初始化Zygote中需要的class类；
  • preloadResources()用于初始化系统资源；
  • preloadOpenGL()用于初始化OpenGL；
  • preloadSharedLibraries()用于初始化系统libraries；
  • preloadTextResources()用于初始化文字资源；
  • prepareWebViewInZygote()用于初始化webview;

2.5 startSystemServer()启动进程

• 这段逻辑的执行逻辑就是通过Zygote fork出SystemServer进程

  private static boolean startSystemServer(String abiList, String socketName)throws MethodAndArgsCaller, RuntimeException {long capabilities = posixCapabilitiesAsBits(OsConstants.CAP_BLOCK_SUSPEND,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);/* Hardcoded command line to start the system server */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","--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);/* Request to fork the system server process */pid = Zygote.forkSystemServer(parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,parsedArgs.gids,parsedArgs.debugFlags,null,parsedArgs.permittedCapabilities,parsedArgs.effectiveCapabilities);} catch (IllegalArgumentException ex) {throw new RuntimeException(ex);}/* For child process */if (pid == 0) {if (hasSecondZygote(abiList)) {waitForSecondaryZygote(socketName);}handleSystemServerProcess(parsedArgs);}return true; }

3.SystemServer进程启动流程

3.1 SystemServer进程简介

• SystemServer进程主要的作用是在这个进程中启动各种系统服务，比如ActivityManagerService，PackageManagerService，WindowManagerService服务，以及各种系统性的服务其实都是在SystemServer进程中启动的，而当我们的应用需要使用各种系统服务的时候其实也是通过与SystemServer进程通讯获取各种服务对象的句柄的。

3.2 SystemServer的main方法

• 如下所示，比较简单，只是new出一个SystemServer对象并执行其run方法，查看SystemServer类的定义我们知道其实final类型的，所以我们一般不能重写或者继承。

3.3 查看run方法

• 代码如下所示

  • 首先判断系统当前时间，若当前时间小于1970年1月1日，则一些初始化操作可能会处所，所以当系统的当前时间小于1970年1月1日的时候，设置系统当前时间为该时间点。
  • 然后是设置系统的语言环境等
  • 接着设置虚拟机运行内存，加载运行库，设置SystemServer的异步消息
  private void run() {if (System.currentTimeMillis() < EARLIEST_SUPPORTED_TIME) {Slog.w(TAG, "System clock is before 1970; setting to 1970.");SystemClock.setCurrentTimeMillis(EARLIEST_SUPPORTED_TIME);}if (!SystemProperties.get("persist.sys.language").isEmpty()) {final String languageTag = Locale.getDefault().toLanguageTag();SystemProperties.set("persist.sys.locale", languageTag);SystemProperties.set("persist.sys.language", "");SystemProperties.set("persist.sys.country", "");SystemProperties.set("persist.sys.localevar", "");}Slog.i(TAG, "Entered the Android system server!");EventLog.writeEvent(EventLogTags.BOOT_PROGRESS_SYSTEM_RUN, SystemClock.uptimeMillis());SystemProperties.set("persist.sys.dalvik.vm.lib.2", VMRuntime.getRuntime().vmLibrary());if (SamplingProfilerIntegration.isEnabled()) {SamplingProfilerIntegration.start();mProfilerSnapshotTimer = new Timer();mProfilerSnapshotTimer.schedule(new TimerTask() {@Overridepublic void run() {SamplingProfilerIntegration.writeSnapshot("system_server", null);}}, SNAPSHOT_INTERVAL, SNAPSHOT_INTERVAL);}// Mmmmmm... more memory!VMRuntime.getRuntime().clearGrowthLimit();// The system server has to run all of the time, so it needs to be// as efficient as possible with its memory usage.VMRuntime.getRuntime().setTargetHeapUtilization(0.8f);// Some devices rely on runtime fingerprint generation, so make sure// we've defined it before booting further.Build.ensureFingerprintProperty();// Within the system server, it is an error to access Environment paths without// explicitly specifying a user.Environment.setUserRequired(true);// Ensure binder calls into the system always run at foreground priority.BinderInternal.disableBackgroundScheduling(true);// Prepare the main looper thread (this thread).android.os.Process.setThreadPriority(android.os.Process.THREAD_PRIORITY_FOREGROUND);android.os.Process.setCanSelfBackground(false);Looper.prepareMainLooper();// Initialize native services.System.loadLibrary("android_servers");// Check whether we failed to shut down last time we tried.// This call may not return.performPendingShutdown();// Initialize the system context.createSystemContext();// Create the system service manager.mSystemServiceManager = new SystemServiceManager(mSystemContext);LocalServices.addService(SystemServiceManager.class, mSystemServiceManager);// Start services.try {startBootstrapServices();startCoreServices();startOtherServices();} catch (Throwable ex) {Slog.e("System", "******************************************");Slog.e("System", "************ Failure starting system services", ex);throw ex;}// For debug builds, log event loop stalls to dropbox for analysis.if (StrictMode.conditionallyEnableDebugLogging()) {Slog.i(TAG, "Enabled StrictMode for system server main thread.");}// Loop forever.Looper.loop();throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited"); }

• 然后下面的代码是：

  // Initialize the system context. createSystemContext();// Create the system service manager. mSystemServiceManager = new SystemServiceManager(mSystemContext); LocalServices.addService(SystemServiceManager.class, mSystemServiceManager);// Start services. try {startBootstrapServices();startCoreServices();startOtherServices(); } catch (Throwable ex) {Slog.e("System", "******************************************");Slog.e("System", "************ Failure starting system services", ex);throw ex; }

3.4 run方法中createSystemContext()解析

• 调用createSystemContext()方法：

  • 可以看到在SystemServer进程中也存在着Context对象，并且是通过ActivityThread.systemMain方法创建context的，这一部分的逻辑以后会通过介绍Activity的启动流程来介绍，这里就不在扩展，只知道在SystemServer进程中也需要创建Context对象。
  private void createSystemContext() {ActivityThread activityThread = ActivityThread.systemMain();mSystemContext = activityThread.getSystemContext();mSystemContext.setTheme(android.R.style.Theme_DeviceDefault_Light_DarkActionBar); }

3.5 mSystemServiceManager的创建

• 看run方法中，通过SystemServiceManager的构造方法创建了一个新的SystemServiceManager对象，我们知道SystemServer进程主要是用来构建系统各种service服务的，而SystemServiceManager就是这些服务的管理对象。

• 然后调用：

  • 将SystemServiceManager对象保存SystemServer进程中的一个数据结构中。
  LocalServices.addService(SystemServiceManager.class, mSystemServiceManager);

• 最后开始执行：

  // Start services. try {startBootstrapServices();startCoreServices();startOtherServices(); } catch (Throwable ex) {Slog.e("System", "******************************************");Slog.e("System", "************ Failure starting system services", ex);throw ex; }

  • 里面主要涉及了是三个方法：

    • startBootstrapServices() 主要用于启动系统Boot级服务
    • startCoreServices() 主要用于启动系统核心的服务
    • startOtherServices() 主要用于启动一些非紧要或者是非需要及时启动的服务

4.启动服务

4.1 启动哪些服务

• 在开始执行启动服务之前总是会先尝试通过socket方式连接Zygote进程，在成功连接之后才会开始启动其他服务。

4.2 启动服务流程源码分析

• 首先看一下startBootstrapServices方法：

  private void startBootstrapServices() {Installer installer = mSystemServiceManager.startService(Installer.class);mActivityManagerService = mSystemServiceManager.startService(ActivityManagerService.Lifecycle.class).getService();mActivityManagerService.setSystemServiceManager(mSystemServiceManager);mActivityManagerService.setInstaller(installer);mPowerManagerService = mSystemServiceManager.startService(PowerManagerService.class);mActivityManagerService.initPowerManagement();// Manages LEDs and display backlight so we need it to bring up the display.mSystemServiceManager.startService(LightsService.class);// Display manager is needed to provide display metrics before package manager// starts up.mDisplayManagerService = mSystemServiceManager.startService(DisplayManagerService.class);// We need the default display before we can initialize the package manager.mSystemServiceManager.startBootPhase(SystemService.PHASE_WAIT_FOR_DEFAULT_DISPLAY);// Only run "core" apps if we're encrypting the device.String cryptState = SystemProperties.get("vold.decrypt");if (ENCRYPTING_STATE.equals(cryptState)) {Slog.w(TAG, "Detected encryption in progress - only parsing core apps");mOnlyCore = true;} else if (ENCRYPTED_STATE.equals(cryptState)) {Slog.w(TAG, "Device encrypted - only parsing core apps");mOnlyCore = true;}// Start the package manager.Slog.i(TAG, "Package Manager");mPackageManagerService = PackageManagerService.main(mSystemContext, installer,mFactoryTestMode != FactoryTest.FACTORY_TEST_OFF, mOnlyCore);mFirstBoot = mPackageManagerService.isFirstBoot();mPackageManager = mSystemContext.getPackageManager();Slog.i(TAG, "User Service");ServiceManager.addService(Context.USER_SERVICE, UserManagerService.getInstance());// Initialize attribute cache used to cache resources from packages.AttributeCache.init(mSystemContext);// Set up the Application instance for the system process and get started.mActivityManagerService.setSystemProcess();// The sensor service needs access to package manager service, app ops// service, and permissions service, therefore we start it after them.startSensorService(); }

• 先执行：

  Installer installer = mSystemServiceManager.startService(Installer.class);

• mSystemServiceManager是系统服务管理对象，在main方法中已经创建完成，这里我们看一下其startService方法的具体实现：

  • 可以看到通过反射器构造方法创建出服务类，然后添加到SystemServiceManager的服务列表数据中，最后调用了service.onStart()方法，因为传递的是Installer.class
  public <T extends SystemService> T startService(Class<T> serviceClass) {final String name = serviceClass.getName();Slog.i(TAG, "Starting " + name);// Create the service.if (!SystemService.class.isAssignableFrom(serviceClass)) {throw new RuntimeException("Failed to create " + name+ ": service must extend " + SystemService.class.getName());}final T service;try {Constructor<T> constructor = serviceClass.getConstructor(Context.class);service = constructor.newInstance(mContext);} catch (InstantiationException ex) {throw new RuntimeException("Failed to create service " + name+ ": service could not be instantiated", ex);} catch (IllegalAccessException ex) {throw new RuntimeException("Failed to create service " + name+ ": service must have a public constructor with a Context argument", ex);} catch (NoSuchMethodException ex) {throw new RuntimeException("Failed to create service " + name+ ": service must have a public constructor with a Context argument", ex);} catch (InvocationTargetException ex) {throw new RuntimeException("Failed to create service " + name+ ": service constructor threw an exception", ex);}// Register it.mServices.add(service);// Start it.try {service.onStart();} catch (RuntimeException ex) {throw new RuntimeException("Failed to start service " + name+ ": onStart threw an exception", ex);}return service; }

• 看一下Installer的onStart方法：

  • 很简单就是执行了mInstaller的waitForConnection方法，这里简单介绍一下Installer类，该类是系统安装apk时的一个服务类，继承SystemService（系统服务的一个抽象接口），需要在启动完成Installer服务之后才能启动其他的系统服务。
  @Override public void onStart() {Slog.i(TAG, "Waiting for installd to be ready.");mInstaller.waitForConnection(); }

• 然后查看waitForConnection（）方法：

  • 通过追踪代码可以发现，其在不断的通过ping命令连接Zygote进程（SystemServer和Zygote进程通过socket方式通讯，其他进程通过Binder方式通讯）
  public void waitForConnection() {for (;;) {if (execute("ping") >= 0) {return;}Slog.w(TAG, "installd not ready");SystemClock.sleep(1000);} }

• 继续看startBootstrapServices方法：

  • 这段代码主要是用于启动ActivityManagerService服务，并为其设置SysServiceManager和Installer。ActivityManagerService是系统中一个非常重要的服务，Activity，service，Broadcast，contentProvider都需要通过其余系统交互。
  // Activity manager runs the show. mActivityManagerService = mSystemServiceManager.startService(ActivityManagerService.Lifecycle.class).getService(); mActivityManagerService.setSystemServiceManager(mSystemServiceManager); mActivityManagerService.setInstaller(installer);

• 首先看一下Lifecycle类的定义：

  • 可以看到其实ActivityManagerService的一个静态内部类，在其构造方法中会创建一个ActivityManagerService，通过刚刚对Installer服务的分析我们知道，SystemServiceManager的startService方法会调用服务的onStart()方法，而在Lifecycle类的定义中我们看到其onStart（）方法直接调用了mService.start()方法，mService是Lifecycle类中对ActivityManagerService的引用
  public static final class Lifecycle extends SystemService {private final ActivityManagerService mService;public Lifecycle(Context context) {super(context);mService = new ActivityManagerService(context);}@Overridepublic void onStart() {mService.start();}public ActivityManagerService getService() {return mService;} }

4.3 启动部分服务

• 启动PowerManagerService服务：

  • 启动方式跟上面的ActivityManagerService服务相似都会调用其构造方法和onStart方法，PowerManagerService主要用于计算系统中和Power相关的计算，然后决策系统应该如何反应。同时协调Power如何与系统其它模块的交互，比如没有用户活动时，屏幕变暗等等。
  mPowerManagerService = mSystemServiceManager.startService(PowerManagerService.class);

  • 然后是启动LightsService服务

    • 主要是手机中关于闪光灯，LED等相关的服务；也是会调用LightsService的构造方法和onStart方法；
    mSystemServiceManager.startService(LightsService.class);

  • 然后是启动DisplayManagerService服务

    • 主要是手机显示方面的服务
    mDisplayManagerService = mSystemServiceManager.startService(DisplayManagerService.class);

• 然后是启动PackageManagerService，该服务也是android系统中一个比较重要的服务

  • 包括多apk文件的安装，解析，删除，卸载等等操作。
  • 可以看到PackageManagerService服务的启动方式与其他服务的启动方式有一些区别，直接调用了PackageManagerService的静态main方法
  Slog.i(TAG, "Package Manager"); mPackageManagerService = PackageManagerService.main(mSystemContext, installer,mFactoryTestMode != FactoryTest.FACTORY_TEST_OFF, mOnlyCore); mFirstBoot = mPackageManagerService.isFirstBoot(); mPackageManager = mSystemContext.getPackageManager();

  • 看一下其main方法的具体实现：

    • 可以看到也是直接使用new的方式创建了一个PackageManagerService对象，并在其构造方法中初始化相关变量，最后调用了ServiceManager.addService方法，主要是通过Binder机制与JNI层交互

public static PackageManagerService main(Context context, Installer installer,boolean factoryTest, boolean onlyCore) {PackageManagerService m = new PackageManagerService(context, installer,factoryTest, onlyCore);ServiceManager.addService("package", m);return m; }

• 然后查看startCoreServices方法：

  • 可以看到这里启动了BatteryService（电池相关服务），UsageStatsService，WebViewUpdateService服务等。
  private void startCoreServices() {// Tracks the battery level. Requires LightService.mSystemServiceManager.startService(BatteryService.class);// Tracks application usage stats.mSystemServiceManager.startService(UsageStatsService.class);mActivityManagerService.setUsageStatsManager(LocalServices.getService(UsageStatsManagerInternal.class));// Update after UsageStatsService is available, needed before performBootDexOpt.mPackageManagerService.getUsageStatsIfNoPackageUsageInfo();// Tracks whether the updatable WebView is in a ready state and watches for update installs.mSystemServiceManager.startService(WebViewUpdateService.class); }

总结：

• SystemServer进程是android中一个很重要的进程由Zygote进程启动；
• SystemServer进程主要用于启动系统中的服务；
• SystemServer进程启动服务的启动函数为main函数；
• SystemServer在执行过程中首先会初始化一些系统变量，加载类库，创建Context对象，创建SystemServiceManager对象等之后才开始启动系统服务；
• SystemServer进程将系统服务分为三类：boot服务，core服务和other服务，并逐步启动
• SertemServer进程在尝试启动服务之前会首先尝试与Zygote建立socket通讯，只有通讯成功之后才会开始尝试启动服务；
• 创建的系统服务过程中主要通过SystemServiceManager对象来管理，通过调用服务对象的构造方法和onStart方法初始化服务的相关变量；
• 服务对象都有自己的异步消息对象，并运行在单独的线程中；

参考博客

• https://www.jianshu.com/p/064...
• http://blog.csdn.net/qq_23547...
• http://www.xuebuyuan.com/2178...
• https://www.jianshu.com/p/e69...
• http://blog.csdn.net/luosheng...
• http://blog.csdn.net/ericming...

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总结

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