ZygoteInit 相关分析

上一篇文章我们已经分析到调用com.android.internal.os.ZygoteInit类的main函数。

今天分析一下com.android.internal.os.ZygoteInit类的main函数。

public static void main(String argv[]) {
       // 注册zygote的socket
　　　　registerZygoteSocket();

　　　　//加载Android Application Framework使用的类与资源
　　　　preloadClasses();
　　　　preloadResources();

　　　　//启动SystemServer
　　　　if(argv[1].equals("true")) {
　　　　　　startSystemServer();
　　　　} 
       /**
       * 处理客户端连接及请求。由zygoteConnection的runOnce函数来处理。
　　　　*/
       runSelectLoopMode();   
}

在main函数我们就主要看registerZygoteSocket()与runSelectLoopMode()。

  • registerZygoteSocket()：就是创建一个localsocket，也就是说注册了一个zygote的服务端socket。
  • runSelectLoopMode()：就是一直无限循环，等待客户端socket的连接，然后通过zygoteConnection的runOnce函数来处理对应的请求。

  • PreloadClass(): 读取framework/base/tools/preload/preload_class文件约1268类。

  • PreloadResources(): 加载framework-res.apk中的资源。

  • gc()：执行垃圾收集。

那么我们就看一下registerZygoteSocket()

private static void registerZygoteSocket() {
       
       String env = System.getenv(ANDROID_SOCKET_ENV);
    　　fileDesc = Integer.parseInt(env);
 
       
       if (sServerSocket == null) {
              sServerSocket = new LocalServerSocket(
                     createFileDescriptor(fileDesc));
       }
}

很简单就是创建一个LocalServerSocket。

建立IPC通信服务器，从环境变量中获取（System.getenv(ANDROID_SOCKET_ENV);）socket的fd，之前用sig的fd来调用handle去创建的zygote。

我们在来看一下runSelectLoopMode()

private static void runSelectLoopMode() throws MethodAndArgsCaller {
　　　　…
       while (true) {
              int index;

              fdArray = fds.toArray(fdArray);
              index = selectReadable(fdArray);

              if(index == 0) {
                     //连接客户端发送的请求（Command）
                     ZygoteConnection newPeer = acceptCommandPeer();
                     peers.add(newPeer);
                     fds.add(newPeer.getFileDesciptor());
              } else {
                     //处理客户端发送的请求（Command）
                     boolean done;
                     done = peers.get(index).runOnce();
                    }     
       }
}

这个函数也很简单等待客户端发来的请求，当接收到请求时就运行run0nce函数去处理请求即可。

客户端可以理解成AMS或SystemServer。

在这里简单说明一下AMS与SystemServer

  • SystemServer：

      Zygote的子进程，为JAVA世界做服务。

      Java世界系统Service，此进程是framework的核心，此server挂掉了，zygote会自杀。

　　　  Zygote.forkSystemServer()而诞生。

  • AMS

　　　 ActivityManagerService是由SystemServer创建。

　　　 当一个Acitvity开启的时候，是由AMS中开启一个新的Process，而在Process类中最终会创建一个LocalSocket去连接ZYGOTE_SOCKET。

　　    而在AMS中的startProcessLocked()中调用Process.start()函数中会传入一个参数-android.app.ActivityThread。最终会通过socket传入zygote处理。

我们继续看以下done = peers.get(index).runOnce();

boolean runOnce( ) {
       Arguments parsedArgs = null;
       FileDescriptor[] descriptors;

       //Reads command socket.
       args = readArgumentList();
       descriptors = mSocket.getAncillaryFileDescriptors();

       try {  
            parsedArgs = new Arguments(args);  
            ......  
  
            pid = Zygote.forkAndSpecialize(parsedArgs.uid, parsedArgs.gid, parsedArgs.gids,  
                    parsedArgs.debugFlags, rlimits, parsedArgs.mountExternal, parsedArgs.seInfo,  
                    parsedArgs.niceName);  
        } catch (IOException ex) {  
            ......  
        } catch (ErrnoException ex) {  
            ......  
        } catch (IllegalArgumentException ex) {  
            ......  
        } catch (ZygoteSecurityException ex) {  
            ......  
        }  

       
　　　　//新创建的进程 pid == 0
       if (pid == 0) {
              // in child    
              serverPipeFd = null;
              handleChildProc(parsedArgs, descriptors, childPipeFd, newStderr);

             
              return true;
       } else {

              // in parent，也就是Zygote进程执行过程
              childPipeFd = null;
              return handleParentProc(pid, descriptors, serverPipeFd, parsedArgs);
       }
}

我们分析一下以下几个函数

  • readArgumentList()与parsedArgs = new Arguments(args) 是用来获取command和解析command的。
  • Zygote.forkAndSpecialize()是很简单的，就是去调用native函数来fork的。
  • handleChildProc()是处理子进程。
  • handleParentProc()是处理父进程。也就是zygote进程，此函数会原路返回，通过socket的写入返还给systemserver最终到AMS，然后重新进入runSelectLoopMode。

首先我们来看一下forkAndSpecialize()

这个函数定义在文件libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/Zygote.java中。

public static int forkAndSpecialize(int uid, int gid, int[] gids, int debugFlags,  
            int[][] rlimits, int mountExternal, String seInfo, String niceName) {  
        preFork();  
        int pid = nativeForkAndSpecialize(uid, gid, gids, debugFlags, rlimits, mountExternal, seInfo, niceName);  
        postFork();  
        return pid;  
    }

很简单就是调用native的ForkAndSpecialize函数。
JNI函数nativeForkAndSpecialize的由Dalvik_dalvik_system_Zygote_forkAndSpecialize函数来实现。

那我们就去看一下。

这个函数定义在文件dalvik/vm/native/dalvik_system_Zygote.cpp中。

static void Dalvik_dalvik_system_Zygote_forkAndSpecialize(const u4* args, JValue* pResult)  
{  

    pid_t pid;  

　　//args指向的一块内存中  
    pid = forkAndSpecializeCommon(args, false);  
  
    RETURN_INT(pid);  
}

Dalvik_dalvik_system_Zygote_forkAndSpecialize函数通过调用forkAndSpecializeCommon函数来执行创建进程，

实现如下所示：

这个函数定义在文件dalvik/vm/native/dalvik_system_Zygote.cpp中。

static pid_t forkAndSpecializeCommon(const u4* args, bool isSystemServer)
{
    pid_t pid;

    uid_t uid = (uid_t) args[0];
    gid_t gid = (gid_t) args[1];
    ......
    char *seInfo = NULL;
    char *niceName = NULL;

    if (isSystemServer) {
　　　　　　//参数isSystemServer表示true时创建的是System Server进程。
　        ......
    } else {
　　　　　　//参数isSystemServer表示true时创建的是应用程序进程。
　        ......
    }

    ......

    pid = fork();
　　//表示当前是新创建的进程
    if (pid == 0) {
        ......

       err = setSELinuxContext(uid, isSystemServer, seInfo, niceName);
       ......
    }

    ...... 

    return pid;
}

我们不去看具体代码实现，主要了解一下主要是干什么的就可以了。
我们要知道的是zygote是负责应用程序进程与SystemServer的进程就可以了。

接下来我们回到之前的handleParentProc()

private boolean handleParentProc(int pid,  
        FileDescriptor[] descriptors, FileDescriptor pipeFd, Arguments parsedArgs) {  
    if (pid > 0) {  
        setChildPgid(pid);  
    }  
    if (descriptors != null) {  
        for (FileDescriptor fd: descriptors) {  
            IoUtils.closeQuietly(fd);  
        }  
    }  
    boolean usingWrapper = false;  
    if (pipeFd != null && pid > 0) {  
        DataInputStream is = new DataInputStream(new FileInputStream(pipeFd));  
        int innerPid = -1;  
        try {  
            innerPid = is.readInt();  
        } catch (IOException ex) {  
            Log.w(TAG, "Error reading pid from wrapped process, child may have died", ex);  
        } finally {  
            try {  
                is.close();  
            } catch (IOException ex) {  
            }  
        }  
        // Ensure that the pid reported by the wrapped process is either the  
        // child process that we forked, or a descendant of it.  
        if (innerPid > 0) {  
            int parentPid = innerPid;  
            while (parentPid > 0 && parentPid != pid) {  
                parentPid = Process.getParentPid(parentPid);  
            }  
            if (parentPid > 0) {  
                Log.i(TAG, "Wrapped process has pid " + innerPid);  
                pid = innerPid;  
                usingWrapper = true;  
            } else {  
                Log.w(TAG, "Wrapped process reported a pid that is not a child of "  
                        + "the process that we forked: childPid=" + pid  
                        + " innerPid=" + innerPid);  
            }  
        }  
    }  
    //将创建的应用程序进程ID返回给SystemServer进程的ActivityManagerService服务  
    try {  
        mSocketOutStream.writeInt(pid);  
        mSocketOutStream.writeBoolean(usingWrapper);  
    } catch (IOException ex) {  
        Log.e(TAG, "Error reading from command socket", ex);  
        return true;  
    }  
    /* 
     * If the peer wants to use the socket to wait on the 
     * newly spawned process, then we're all done. 
     */  
    if (parsedArgs.peerWait) {  
        try {  
            mSocket.close();  
        } catch (IOException ex) {  
            Log.e(TAG, "Zygote: error closing sockets", ex);  
        }  
        return true;  
    }  
    return false;  
}

也就是创建失败会进入此函数，也就是处理zygote进程的函数，此函数会原路返回，通过socket的写入返还给systemserver最终到AMS，然后重新进入runSelectLoopMode。继续监听客户端的请求。

如果我们新创建进程成功了，会调用handleChildProc()。

代码如下

private void handleChildProc(Arguments parsedArgs,  
        FileDescriptor[] descriptors, FileDescriptor pipeFd, PrintStream newStderr)  
        throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {  
    /* 
     * Close the socket, unless we're in "peer wait" mode, in which 
     * case it's used to track the liveness of this process. 
     */  
  
    if (parsedArgs.peerWait) {  
        try {  
            ZygoteInit.setCloseOnExec(mSocket.getFileDescriptor(), true);  
            sPeerWaitSocket = mSocket;  
        } catch (IOException ex) {  
            Log.e(TAG, "Zygote Child: error setting peer wait "  
                    + "socket to be close-on-exec", ex);  
        }  
    } else {//关闭从Zygote进程复制过来的Socket连接  
        closeSocket();  
        ZygoteInit.closeServerSocket();  
    }  
    if (descriptors != null) {  
        try {  
            //为新创建的应用程序进程重新打开标准输入输出控制台  
            ZygoteInit.reopenStdio(descriptors[0],descriptors[1], descriptors[2]);  
            for (FileDescriptor fd: descriptors) {  
                IoUtils.closeQuietly(fd);  
            }  
            newStderr = System.err;  
        } catch (IOException ex) {  
            Log.e(TAG, "Error reopening stdio", ex);  
        }  
    }  
    //设置新进程名称  
    if (parsedArgs.niceName != null) {  
　　　　//设置新进程名称niceName是指systemServer
        Process.setArgV0(parsedArgs.niceName);  
    }  
    //重新初始化Runtime  
    if (parsedArgs.runtimeInit) {  
        if (parsedArgs.invokeWith != null) {  
            WrapperInit.execApplication(parsedArgs.invokeWith,  
                    parsedArgs.niceName, parsedArgs.targetSdkVersion,  
                    pipeFd, parsedArgs.remainingArgs);  
        } else {  
            //为应用程序进程启动Binder线程池  
            RuntimeInit.zygoteInit(parsedArgs.targetSdkVersion,parsedArgs.remainingArgs);  
        }  
    } else {  
        String className;  
        try {  
            //读取新进程执行的类名，在Process.start()函数中，传过来的类名为："android.app.ActivityThread"  
            className = parsedArgs.remainingArgs[0];  
        } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException ex) {  
            logAndPrintError(newStderr,"Missing required class name argument", null);  
            return;  
        }  
        String[] mainArgs = new String[parsedArgs.remainingArgs.length - 1];  
        System.arraycopy(parsedArgs.remainingArgs, 1,mainArgs, 0, mainArgs.length);  
        if (parsedArgs.invokeWith != null) {  
            WrapperInit.execStandalone(parsedArgs.invokeWith,parsedArgs.classpath, className, mainArgs);  
        } else {  
            //获取类加载器  
            ClassLoader cloader;  
            if (parsedArgs.classpath != null) {  
                cloader = new PathClassLoader(parsedArgs.classpath,ClassLoader.getSystemClassLoader());  
            } else {  
                cloader = ClassLoader.getSystemClassLoader();  
            }  
            //加载并执行"android.app.ActivityThread"类  
            try {  
                ZygoteInit.invokeStaticMain(cloader, className, mainArgs);  
            } catch (RuntimeException ex) {  
                logAndPrintError(newStderr, "Error starting.", ex);  
            }  
        }  
    }  
}

由于应用程序启动参数中已经设置了"--runtime-init"标志位，因此新创建的应用程序进程将调用RuntimeInit.zygoteInit()函数来初始化运行时库，为应用程序启动Binder线程池，完成这些准备工作后，调用应用程序进程的入口函数ActivityThread.main()为应用程序进程创建消息循环。

接下来我们就看一下RuntimeInit.zygoteInit()

此函数在/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/RuntimeInit.java中

public static final void zygoteInit(int targetSdkVersion, String[] argv)  
        throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {  
    if (DEBUG) Slog.d(TAG, "RuntimeInit: Starting application from zygote");  
    //重定向Log输出流  
    redirectLogStreams();  
    //初始化运行环境  
    commonInit();  
    //启动Binder线程池  
    nativeZygoteInit();  
    //调用程序入口函数  
    applicationInit(targetSdkVersion, argv);  
}

接下来我们看一下applicationInit()

private static void applicationInit(int targetSdkVersion, String[] argv)  
        throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {  
    // If the application calls System.exit(), terminate the process  
    // immediately without running any shutdown hooks.  It is not possible to  
    // shutdown an Android application gracefully.  Among other things, the  
    // Android runtime shutdown hooks close the Binder driver, which can cause  
    // leftover running threads to crash before the process actually exits.  
    nativeSetExitWithoutCleanup(true);  
  
    // We want to be fairly aggressive about heap utilization, to avoid  
    // holding on to a lot of memory that isn't needed.  
    VMRuntime.getRuntime().setTargetHeapUtilization(0.75f);  
    VMRuntime.getRuntime().setTargetSdkVersion(targetSdkVersion);  
  
    final Arguments args;  
    try {  
        args = new Arguments(argv);  
    } catch (IllegalArgumentException ex) {  
        Slog.e(TAG, ex.getMessage());  
        // let the process exit  
        return;  
    }  
  
    // Remaining arguments are passed to the start class's static main  
    invokeStaticMain(args.startClass, args.startArgs);  
}

在这里我们重点要看一下invokeStaticMain()
通过调用invokeStaticMain来调用args.startClass这个类的main（）方法。

说明开启又一个新世界。

在之前提过zygote的socket的客户端可以是AMS，下一节我们分析如何开启一个Activity。

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