Android系统启动流程（二）解析Zygote进程启动过程

上一篇文章我们分析了init进程的启动过程，启动过程中主要做了三件事，其中一件就是创建了Zygote进程，那么Zygote进程是什么，它做了哪些事呢？这篇文章会给你这些问题的答案。" tag:

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前言

上一篇文章我们分析了init进程的启动过程，启动过程中主要做了三件事，其中一件就是创建了Zygote进程，那么Zygote进程是什么，它做了哪些事呢？这篇文章会给你这些问题的答案。

1.Zygote简介

在Android系统中，DVM(Dalvik虚拟机)、应用程序进程以及运行系统的关键服务的SystemServer进程都是由Zygote进程来创建的，我们也将它称为孵化器。它通过fork (复制进程)的形式来创建应用程序进程和SystemServer进程，由于Zygote进程在启动时会创建DVM，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一个DVM的实例拷贝。关于init启动zygote我们在上一篇文章已经提到了，这里就不赘述了，这篇文章主要分析Android7.0 Zygote的启动流程。

2.AppRuntime分析

我们从上篇文章得知init启动zygote时主要是调用app_main.cpp的main函数中的AppRuntime的start来启动zygote进程的，我们就从app_main.cpp的main函数开始分析，如下所示。 frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp

1int main(int argc, char* const argv[])
2{
3...
4
5    AppRuntime runtime(argv[0], computeArgBlockSize(argc, argv));
6   ...
7     Vector<String8> args;
8    if (!className.isEmpty()) {
9        args.add(application ? String8("application") : String8("tool"));
10        runtime.setClassNameAndArgs(className, argc - i, argv + i);
11    } else {
12        // We're in zygote mode.
13        maybeCreateDalvikCache();
14        if (startSystemServer) {
15            args.add(String8("start-system-server"));//1
16        }
17        char prop[PROP_VALUE_MAX];
18        if (property_get(ABI_LIST_PROPERTY, prop, NULL) == 0) {
19            LOG_ALWAYS_FATAL("app_process: Unable to determine ABI list from property %s.",
20                ABI_LIST_PROPERTY);
21            return 11;
22        }
23        String8 abiFlag("--abi-list=");
24        abiFlag.append(prop);
25        args.add(abiFlag);
26        for (; i < argc; ++i) {
27            args.add(String8(argv[i]));
28        }
29    }
30    if (!niceName.isEmpty()) {
31        runtime.setArgv0(niceName.string());
32        set_process_name(niceName.string());
33    }
34    if (zygote) {
35        runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote);//2
36    } else if (className) {
37        runtime.start("com.android.internal.os.RuntimeInit", args, zygote);
38    } else {
39        fprintf(stderr, "Error: no class name or --zygote supplied.\n");
40        app_usage();
41        LOG_ALWAYS_FATAL("app_process: no class name or --zygote supplied.");
42        return 10;
43    }
44}

注释1处如果startSystemServer为true的话(默认为true)，将"start-system-server"放入启动的参数args。注释2处调用注释2处这里调用runtime的start函数来启动zygote进程，并将args传入，这样启动zygote进程后，zygote进程会将SystemServer进程启动。我们知道runtime指的就是AppRuntime，AppRuntime声明也在app_main.cpp中，它继承AndroidRuntime，也就是我们调用start其实是调用AndroidRuntime的start函数：

frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp

1void AndroidRuntime::start(const char* className, const Vector<String8>& options, bool zygote)
2{
3    ...
4    /* start the virtual machine */
5    JniInvocation jni_invocation;
6    jni_invocation.Init(NULL);
7    JNIEnv* env;
8    if (startVm(&mJavaVM, &env, zygote) != 0) {//1
9        return;
10    }
11    onVmCreated(env);
12    if (startReg(env) < 0) {//2
13        ALOGE("Unable to register all android natives\n");
14        return;
15    }
16    jclass stringClass;
17    jobjectArray strArray;
18    jstring classNameStr;
19
20    stringClass = env->FindClass("java/lang/String");
21    assert(stringClass != NULL);
22    //创建数组
23    strArray = env->NewObjectArray(options.size() + 1, stringClass, NULL);
24    assert(strArray != NULL);
25    //从app_main的main函数得知className为com.android.internal.os.ZygoteInit
26    classNameStr = env->NewStringUTF(className);
27    assert(classNameStr != NULL);
28    env->SetObjectArrayElement(strArray, 0, classNameStr);
29
30    for (size_t i = 0; i < options.size(); ++i) {
31        jstring optionsStr = env->NewStringUTF(options.itemAt(i).string());
32        assert(optionsStr != NULL);
33        env->SetObjectArrayElement(strArray, i + 1, optionsStr);
34    }
35    char* slashClassName = toSlashClassName(className);
36    jclass startClass = env->FindClass(slashClassName);
37    if (startClass == NULL) {
38        ALOGE("JavaVM unable to locate class '%s'\n", slashClassName);
39        /* keep going */
40    } else {
41    //找到ZygoteInit的main函数
42        jmethodID startMeth = env->GetStaticMethodID(startClass, "main",
43            "([Ljava/lang/String;)V");//3
44        if (startMeth == NULL) {
45            ALOGE("JavaVM unable to find main() in '%s'\n", className);
46            /* keep going */
47        } else {
48        //通过JNI调用ZygoteInit的main函数
49            env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);//4
50
51#if 0
52            if (env->ExceptionCheck())
53                threadExitUncaughtException(env);
54#endif
55        }
56    }
57  ...
58}

注释1处调用startVm函数来创建JavaVm(DVM)，注释2处调用startReg函数用来为DVM注册JNI。注释3处的代码用来找到ZygoteInit的main函数，其中startClass从app_main的main函数得知为com.android.internal.os.ZygoteInit。注释4处通过JNI调用ZygoteInit的main函数，因为ZygoteInit的main函数是Java编写的，因此需要通过JNI调用。

3.Zygote的Java框架层

上文我们通过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.java

1 public static void main(String argv[]) {
2       ...
3        try {
4         ...       
5            //注册Zygote用的Socket
6            registerZygoteSocket(socketName);//1
7           ...
8           //预加载类和资源
9           preload();//2
10           ...
11            if (startSystemServer) {
12            //启动SystemServer进程
13                startSystemServer(abiList, socketName);//3
14            }
15            Log.i(TAG, "Accepting command socket connections");
16            //等待客户端请求
17            runSelectLoop(abiList);//4
18            closeServerSocket();
19        } catch (MethodAndArgsCaller caller) {
20            caller.run();
21        } catch (RuntimeException ex) {
22            Log.e(TAG, "Zygote died with exception", ex);
23            closeServerSocket();
24            throw ex;
25        }
26    }

注释1处通过registerZygoteSocket函数来创建一个Server端的Socket，这个name为"zygote"的Socket用来等待ActivityManagerService来请求Zygote来创建新的应用程序进程。注释2处用来预加载类和资源。注释3处用来启动SystemServer进程，这样系统的关键服务也会由SystemServer进程启动起来。注释4处调用runSelectLoop函数来等待客户端请求。由此得知，ZygoteInit的main函数主要做了4件事，接下来我们对主要的事件一一进行分析。

registerZygoteSocket

首先我们来查看registerZygoteSocket函数做了什么

1   private static void registerZygoteSocket(String socketName) {
2        if (sServerSocket == null) {
3            int fileDesc;
4            final String fullSocketName = ANDROID_SOCKET_PREFIX + socketName;
5            try {
6                String env = System.getenv(fullSocketName);
7                fileDesc = Integer.parseInt(env);
8            } catch (RuntimeException ex) {
9                throw new RuntimeException(fullSocketName + " unset or invalid", ex);
10            }
11            try {
12                FileDescriptor fd = new FileDescriptor();
13                fd.setInt$(fileDesc);
14                sServerSocket = new LocalServerSocket(fd);//1
15            } catch (IOException ex) {
16                throw new RuntimeException(
17                        "Error binding to local socket '" + fileDesc + "'", ex);
18            }
19        }
20

注释1处用来创建LocalServerSocket，也就是服务端的Socket。当Zygote进程将SystemServer进程启动后，就会在这个服务端的Socket上来等待ActivityManagerService请求Zygote进程来创建新的应用程序进程。

启动SystemServer进程

接下来查看startSystemServer函数，代码如下所示。

1 private static boolean startSystemServer(String abiList, String socketName)
2            throws MethodAndArgsCaller, RuntimeException {
3...
4        /* Hardcoded command line to start the system server */
5         /*1*/
6        String args[] = {
7            "--setuid=1000",
8            "--setgid=1000",
9            "--setgroups=1001,1002,1003,1004,1005,1006,1007,1008,1009,1010,1018,1021,1032,3001,3002,3003,3006,3007,3009,3010",
10            "--capabilities=" + capabilities + "," + capabilities,
11            "--nice-name=system_server",
12            "--runtime-args",
13            "com.android.server.SystemServer",
14        };
15        ZygoteConnection.Arguments parsedArgs = null;
16
17        int pid;
18
19        try {
20            parsedArgs = new ZygoteConnection.Arguments(args);//2
21            ZygoteConnection.applyDebuggerSystemProperty(parsedArgs);
22            ZygoteConnection.applyInvokeWithSystemProperty(parsedArgs);
23
24            /*3*/
25            pid = Zygote.forkSystemServer(
26                    parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,
27                    parsedArgs.gids,
28                    parsedArgs.debugFlags,
29                    null,
30                    parsedArgs.permittedCapabilities,
31                    parsedArgs.effectiveCapabilities);
32        } catch (IllegalArgumentException ex) {
33            throw new RuntimeException(ex);
34        }
35        if (pid == 0) {
36            if (hasSecondZygote(abiList)) {
37                waitForSecondaryZygote(socketName);
38            }
39
40            handleSystemServerProcess(parsedArgs);//4
41        }
42
43        return true;
44    }

注释1处的代码用来创建args数组，这个数组用来保存启动SystemServer的启动参数，其中可以看出SystemServer进程的用户id和用户组id被设置为1000；并且拥有用户组1001~~1010，1018、1021、1032、3001~~3010的权限；进程名为system_server；启动的类名为com.android.server.SystemServer。在注释2处将args数组封装成Arguments对象并供注释3的forkSystemServer函数调用。注释3处调用Zygote的forkSystemServer，主要通过fork函数在当前进程创建一个子进程，如果返回的pid 为0，也就是表示在新创建的子进程中执行的，则执行注释4处的handleSystemServerProcess来启动SystemServer进程。

runSelectLoop

启动启动SystemServer进程后，最后进入runSelectLoop函数，如下所示。

1private static void runSelectLoop(String abiList) throws MethodAndArgsCaller {
2        ArrayList<FileDescriptor> fds = new ArrayList<FileDescriptor>();
3        ArrayList<ZygoteConnection> peers = new ArrayList<ZygoteConnection>();
4        fds.add(sServerSocket.getFileDescriptor());//1
5        peers.add(null);
6
7        while (true) {
8            StructPollfd[] pollFds = new StructPollfd[fds.size()];
9            for (int i = 0; i < pollFds.length; ++i) {//2
10                pollFds[i] = new StructPollfd();
11                pollFds[i].fd = fds.get(i);
12                pollFds[i].events = (short) POLLIN;
13            }
14            try {
15                Os.poll(pollFds, -1);
16            } catch (ErrnoException ex) {
17                throw new RuntimeException("poll failed", ex);
18            }
19            for (int i = pollFds.length - 1; i >= 0; --i) {//3
20                if ((pollFds[i].revents & POLLIN) == 0) {
21                    continue;
22                }
23                if (i == 0) {
24                    ZygoteConnection newPeer = acceptCommandPeer(abiList);//4
25                    peers.add(newPeer);
26                    fds.add(newPeer.getFileDesciptor());
27                } else {
28                    boolean done = peers.get(i).runOnce();//5
29                    if (done) {
30                        peers.remove(i);
31                        fds.remove(i);
32                    }
33                }
34            }
35        }
36    }

注释1处中的sServerSocket就是我们在registerZygoteSocket函数中创建的服务端Socket，调用sServerSocket.getFileDescriptor()用来获得该Socket的fd字段的值并添加到fd列表fds中。接下来无限循环用来等待ActivityManagerService请求Zygote进程创建新的应用程序进程。注释2处通过遍历将fds存储的信息转移到pollFds数组中。最后在注释3处对pollFds进行遍历，如果i==0则说明服务端Socket与客户端连接上，也就是当前Zygote进程与ActivityManagerService建立了连接。则在注释4处通过acceptCommandPeer函数得到ZygoteConnection类并添加到Socket连接列表peers中，接着将该ZygoteConnection的fd添加到fd列表fds中，以便可以接收到ActivityManagerService发送过来的请求。如果i的值大于0，则说明ActivityManagerService向Zygote进程发送了一个创建应用进程的请求，则在注释5处调用ZygoteConnection的runOnce函数来创建一个新的应用程序进程。并在成功创建后将这个连接从Socket连接列表peers和fd列表fds中清除。

4.Zygote进程总结

Zygote启动流程就讲到这，Zygote进程共做了如下几件事： 1.创建AppRuntime并调用其start方法，启动Zygote进程。 2.创建DVM并为DVM注册JNI. 3.通过JNI调用ZygoteInit的main函数进入Zygote的Java框架层。 4.通过registerZygoteSocket函数创建服务端Socket，并通过runSelectLoop函数等待ActivityManagerService的请求来创建新的应用程序进程。 5.启动SystemServer进程。

参考资料《Android系统源代码情景分析》《深入理解Android卷1》《深入理解Android系统》