接上篇：Android系统启动流程（二）——Zygote进程的启动流程
启动SystemServer进程是Android系统启动过程中非常重要的一步，我们熟悉的SystemServiceManager以及AMS、WMS等服务都是由SystemServer进程来负责启动的，因此我们有必要来了解一下SystemServer的启动流程。
1.SystemServer进程的创建
SystemServer进程是由Zygote进程来启动的，在执行ZygoteInit.java的main方法时会去启动SystemServer：
源码路径：\frameworks\base\core\java\com\android\internal\os\ZygoteInit.java
public static void main(String argv[]) {
...
try {
...
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;//1.如果参数包含"start-system-server"，则需要启动SystemServer
} else if ("--enable-lazy-preload".equals(argv[i])) {
enableLazyPreload = 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 (startSystemServer) {
startSystemServer(abiList, socketName, zygoteServer);//2.启动SystemServer
}
...
} catch (Zygote.MethodAndArgsCaller caller) {
caller.run();
} catch (Throwable ex) {
Log.e(TAG, "System zygote died with exception", ex);
zygoteServer.closeServerSocket();
throw ex;
}
}
在注释1处，如果参数args中含有"start-system-server"字段，则会在注释2处通过调用startSystemServer方法来启动SystemServer，我们来看一下startSystemServer方法的源码：
private static boolean startSystemServer(String abiList, String socketName, ZygoteServer zygoteServer)
throws Zygote.MethodAndArgsCaller, RuntimeException {
...
int pid;
try {
...
//1.调用Zygote的forkSystemServer方法来创建SystemServer进程
pid = Zygote.forkSystemServer(
parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,
parsedArgs.gids,
parsedArgs.debugFlags,
null,
parsedArgs.permittedCapabilities,
parsedArgs.effectiveCapabilities);
} catch (IllegalArgumentException ex) {
throw new RuntimeException(ex);
}
/* 如果pid为0，则当前位于SystemServer进程 */
if (pid == 0) {
if (hasSecondZygote(abiList)) {
waitForSecondaryZygote(socketName);
}
zygoteServer.closeServerSocket();//关闭从Zygote进程复制而来的Socket
handleSystemServerProcess(parsedArgs);//2.调用handleSystemServerProcess来初始化SystemServer进程
}
return true;
}
startSystemServer方法的代码比较简单，在注释1处，通过调用Zygote的forkSystemServer来创建了SystemServer进程，然后再注释2出通过调用handleSystemServerProcess来进一步对SystemServer进程进行一些初始化工作。我们先来看一下forkSystemServer的源码：
源码路径：
public static int forkSystemServer(int uid, int gid, int[] gids, int debugFlags,
int[][] rlimits, long permittedCapabilities, long effectiveCapabilities) {
VM_HOOKS.preFork();
// Resets nice priority for zygote process.
resetNicePriority();
int pid = nativeForkSystemServer(
uid, gid, gids, debugFlags, rlimits, permittedCapabilities, effectiveCapabilities);
// Enable tracing as soon as we enter the system_server.
if (pid == 0) {
Trace.setTracingEnabled(true);
}
VM_HOOKS.postForkCommon();
return pid;
}
native private static int nativeForkSystemServer(int uid, int gid, int[] gids, int debugFlags,
int[][] rlimits, long permittedCapabilities, long effectiveCapabilities);
可以看到，在forkSystemServer方法中调用了native方法nativeForkSystemServer方法来创建SystemServer进程，而nativeForkSystemServer的底层则直接调用了fork方法来创建新的线程。
再来看一下handleSystemServerProcess方法，源码如下：
private static void handleSystemServerProcess(
ZygoteConnection.Arguments parsedArgs)
throws Zygote.MethodAndArgsCaller {
...
if (parsedArgs.invokeWith != null) {
...
} else {
ClassLoader cl = null;
if (systemServerClasspath != null) {
//1.创建PathClassLoader
cl = createPathClassLoader(systemServerClasspath, parsedArgs.targetSdkVersion);
Thread.currentThread().setContextClassLoader(cl);
}
//2.调用ZygoteInit.zygoteInit来对SystemServer进行初始化
ZygoteInit.zygoteInit(parsedArgs.targetSdkVersion, parsedArgs.remainingArgs, cl);
}
}
在注释1处创建了一个PathClassLoader，然后在注释2出调用了ZygoteInit的zygoteInit方法来对SystemServer进行初始化。zygoteInit的源码如下：
源码路径：\frameworks\base\core\java\com\android\internal\os\ZygoteInit.java
public static final void zygoteInit(int targetSdkVersion, String[] argv,
ClassLoader classLoader) throws Zygote.MethodAndArgsCaller {
if (RuntimeInit.DEBUG) {
Slog.d(RuntimeInit.TAG, "RuntimeInit: Starting application from zygote");
}
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "ZygoteInit");
RuntimeInit.redirectLogStreams();
RuntimeInit.commonInit();
ZygoteInit.nativeZygoteInit();//调用nativeZygoteInit
RuntimeInit.applicationInit(targetSdkVersion, argv, classLoader);
}
private static final native void nativeZygoteInit();
在zygoteInit方法中又调用了nativeZygoteInit方法，而nativeZygoteInit的作用主要是用来启动Binder线程池的。
2.开启Binder线程池
nativeZygoteInit方法所对应的C++代码如下：
源码位置：\frameworks\base\core\jni\AndroidRuntime.cpp
static AndroidRuntime* gCurRuntime = NULL;
static void com_android_internal_os_ZygoteInit_nativeZygoteInit(JNIEnv* env, jobject clazz)
{
gCurRuntime->onZygoteInit();
}
该方法直接调用了gCurRuntime对象的onZygoteInit方法，这个gCurRuntime是由AndroidRuntime的子类AppRuntime来实现的，它位于app_main.cpp文件中，我们来看一下AppRuntime的onZygoteInit方法：
源码路径：\frameworks\base\cmds\app_process\app_main.cpp
virtual void onZygoteInit()
{
sp<ProcessState> proc = ProcessState::self();
ALOGV("App process: starting thread pool.\n");
proc->startThreadPool();
}
可以看到，onZygoteInit方法中又调用了ProcessState的startThreadPool来开启线程池，该方法的源码如下：
源码路径：\frameworks\native\libs\binder\ProcessState.cpp
void ProcessState::startThreadPool()
{
AutoMutex _l(mLock);
if (!mThreadPoolStarted) {//1.判断线程池是否已经开启
mThreadPoolStarted = true;
spawnPooledThread(true);//2.调用spawnPooledThread方法
}
}
void ProcessState::spawnPooledThread(bool isMain)
{
if (mThreadPoolStarted) {
String8 name = makeBinderThreadName();//3.创建Binder线程池的名称
ALOGV("Spawning new pooled thread, name=%s\n", name.string());
sp<Thread> t = new PoolThread(isMain);//4.创建线程池对象
t->run(name.string());//5.运行该线程池
}
}
String8 ProcessState::makeBinderThreadName() {
int32_t s = android_atomic_add(1, &mThreadPoolSeq);//编号+1
pid_t pid = getpid();//获取pid
String8 name;
name.appendFormat("Binder:%d_%X", pid, s);//6.拼接Binder线程池名称
return name;
}
首先在注释1处判断线程池是否已经开启，以此保证Binder线程池只会启动一次，然后在注释2出调用了spawnPooledThread方法来创建线程，并且参数为true。
在注释3初通过makeBinderThreadName方法来创建线程的名称，通过注释6处的代码我们可以得知，Android中Binder线程的名称都是“Binder:”+线程id+“_”+线程编号的形式。
在注释4处创建了线程池中的第一个线程，它是一个PoolThread 对象，isMain为true表示该线程为线程池的主线程，并在注释5出调用了run方法来运行该线程。
我们来看一下PoolThread的源码：
源码路径：\frameworks\native\libs\binder\ProcessState.cpp
class PoolThread : public Thread
{
public:
explicit PoolThread(bool isMain)
: mIsMain(isMain)
{
}
protected:
virtual bool threadLoop()
{
IPCThreadState::self()->joinThreadPool(mIsMain);
return false;
}
const bool mIsMain;
};
从上面的代码可以得知，PoolThread继承自Thread类。当运行PoolThread对象的run方法时，会调用该对象的threadLoop方法，并在threadLoop方法中调用IPCThreadState对象的joinThreadPool方法，来将该线程加入到Binder线程池中，至此，SystemServer进程就可以通过Binder与其他进程进行通信了。
3.创建SystemServiceManager及各种系统服务
回到ZygoteInit.java的zygoteInit方法中，在调用nativeZygoteInit来启动线程池后，又调用了RuntimeInit.applicationInit方法，该方法的代码如下：
源码路径：\frameworks\base\core\java\com\android\internal\os\RuntimeInit.java
protected static void applicationInit(int targetSdkVersion, String[] argv, ClassLoader classLoader)
throws Zygote.MethodAndArgsCaller {
...
invokeStaticMain(args.startClass, args.startArgs, classLoader);//1.调用invokeStaticMain方法
}
private static void invokeStaticMain(String className, String[] argv, ClassLoader classLoader)
throws Zygote.MethodAndArgsCaller {
Class<?> cl;
try {
cl = Class.forName(className, true, classLoader);//2.获取SystemServer对应的Java类
} catch (ClassNotFoundException ex) {
throw new RuntimeException(
"Missing class when invoking static main " + className,
ex);
}
Method m;
try {
m = cl.getMethod("main", new Class[] { String[].class });//3.找到main方法
} catch (NoSuchMethodException ex) {
throw new RuntimeException(
"Missing static main on " + className, ex);
} catch (SecurityException ex) {
throw new RuntimeException(
"Problem getting static main on " + className, ex);
}
int modifiers = m.getModifiers();
if (! (Modifier.isStatic(modifiers) && Modifier.isPublic(modifiers))) {
throw new RuntimeException(
"Main method is not public and static on " + className);
}
/*
* 4.抛出异常，该异常最终会在ZygoteInit.main中被捕获
* 使用抛出异常的方法可以直接清理所有栈帧
*/
throw new Zygote.MethodAndArgsCaller(m, argv);
}
从注释1处可以看到，applicationInit方法内又调用了invokeStaticMain方法，从invokeStaticMain方法的名字我们就可以猜出，该方法主要是使用反射来调用SystemServer的main方法的。在注释2处通过反射获取到了SystemServer对应的java类，并在注释3出通过反射找到了main方法。不过在invokeStaticMain方法中并没有直接去执行这个main方法，而是在注释4出抛出了一个异常对象Zygote.MethodAndArgsCaller，并将main方法和相关参数封装到了这个异常对象中，这个异常最终会在ZygoteInit.java的main方法中被捕获到，如下：
public static void main(String argv[]) {
...
try {
...
if (startSystemServer) {
startSystemServer(abiList, socketName, zygoteServer);
}
...
} catch (Zygote.MethodAndArgsCaller caller) {//1.捕获Zygote.MethodAndArgsCaller异常
caller.run(); //2.调用异常对象的run方法
} catch (Throwable ex) {
Log.e(TAG, "System zygote died with exception", ex);
zygoteServer.closeServerSocket();
throw ex;
}
}
在注释1出捕获到了抛出的Zygote.MethodAndArgsCaller异常，然后在注释2处调用了该对象的run方法，MethodAndArgsCaller的源码如下：
源码路径：\frameworks\base\core\java\com\android\internal\os\Zygote.java
public static class MethodAndArgsCaller extends Exception
implements Runnable {
private final Method mMethod;
private final String[] mArgs;
public MethodAndArgsCaller(Method method, String[] args) {
mMethod = method;
mArgs = args;
}
public void run() {
try {
mMethod.invoke(null, new Object[] { mArgs });//执行main方法
} catch (IllegalAccessException ex) {
throw new RuntimeException(ex);
} catch (InvocationTargetException ex) {
Throwable cause = ex.getCause();
if (cause instanceof RuntimeException) {
throw (RuntimeException) cause;
} else if (cause instanceof Error) {
throw (Error) cause;
}
throw new RuntimeException(ex);
}
}
}
可以看到，在MethodAndArgsCaller的run方法中直接通过mMethod.invoke来执行了传入的方法，即SystemServer的main方法，我们再来看SystemServer的main的代码：
源码路径：\frameworks\base\services\java\com\android\server\SystemServer.java
public static void main(String[] args) {
new SystemServer().run();
}
private void run() {
try {
...
Looper.prepareMainLooper();//1.准备主线程的Looper
System.loadLibrary("android_servers");//动态加载so库
performPendingShutdown();
createSystemContext();//2.创建系统context
mSystemServiceManager = new SystemServiceManager(mSystemContext);//3.创建SystemServiceManager
mSystemServiceManager.setRuntimeRestarted(mRuntimeRestart);
LocalServices.addService(SystemServiceManager.class, mSystemServiceManager);
SystemServerInitThreadPool.get();
} finally {
traceEnd();
}
// 开始启动各种服务
try {
traceBeginAndSlog("StartServices");
startBootstrapServices();//4.开启各种引导服务
startCoreServices();//5.开启各种核心服务
startOtherServices();//6.开启其他服务
SystemServerInitThreadPool.shutdown();
} catch (Throwable ex) {
Slog.e("System", "******************************************");
Slog.e("System", "************ Failure starting system services", ex);
throw ex;
} finally {
traceEnd();
}
...
Looper.loop();//7.开始Loop无限循环
throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}
在main方法中创建了一个SystemServer对象并直接调用了该对象的run方法。
在注释1处通过调用prepareMainLooper来准备主线程的Looper，在注释2处创建系统context，在注释3处创建了SystemServiceManager对象，该对象用来管理Android系统中的各种服务。
注释4、5、6处都是在启动各种系统服务，Android中的系统服务大致可以分为3类：
①引导服务：如ActivityManagerService(用来管理四大组件)、PowerManagerService(用来处理与手机电量相关的逻辑)、PackageManagerService(用来管理手机上安装的应用)等
②核心服务：如BatteryService等
③其他服务：如InputManagerService(用来处理各种输入事件)、WindowManagerService(用于管理窗口)等
我们以ActivityManagerService为例来看一下这些服务是如何被启动的，先来看一下startBootstrapServices的源码：
源码路径：\frameworks\base\services\java\com\android\server\SystemServer.java
private void startBootstrapServices() {
...
// Activity manager runs the show.
traceBeginAndSlog("StartActivityManager");
//通过调用SystemServiceManager对象的startService方法来创建ActivityManagerService
mActivityManagerService = mSystemServiceManager.startService(
ActivityManagerService.Lifecycle.class).getService();
mActivityManagerService.setSystemServiceManager(mSystemServiceManager);
mActivityManagerService.setInstaller(installer);
traceEnd();
...
}
从上面的代码可以看到，ActivityManagerService是由SystemServiceManager对象的startService方法来启动的，startService方法代码如下：
@SuppressWarnings("unchecked")
public <T extends SystemService> T startService(Class<T> serviceClass) {
try {
...
final T service;
try {
Constructor<T> constructor = serviceClass.getConstructor(Context.class);//1.获取要启动的service的类的构造方法
service = constructor.newInstance(mContext);//2.创建服务实例
}
...
startService(service);//3.调用另一个重载方法
return service;
} finally {
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_SYSTEM_SERVER);
}
}
public void startService(@NonNull final SystemService service) {
mServices.add(service);//4.将创建的service加入到mServices列表中
long time = System.currentTimeMillis();
try {
service.onStart();//5.调用onStart方法来启动这个服务
} catch (RuntimeException ex) {
throw new RuntimeException("Failed to start service " + service.getClass().getName()
+ ": onStart threw an exception", ex);
}
warnIfTooLong(System.currentTimeMillis() - time, service, "onStart");
}
在注释1处，通过反射获取要启动的服务的构造方法，然后再注释2处创建了一个新的实例。
在注释3处调用了startService的另一个重载方法，并在注释4处将创建好的服务加入到了mServices列表中。
在注释5处通过调用服务的onStart方法来开启了这个服务。
至此SystemServer的启动流程就基本完成了。
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