前言
本文主要记录笔者对Android系统启动流程的一个的一个过程了解
笔者刚开始学习Android的时候也和大部分同学一样，只会使用一些应用层面的知识，对于一些比较常见的开源框架如RxJava，OkHttp，Retrofit，以及后来谷歌推出的协程等，都只在使用层面，对于他们内部原理，基本没有去了解觉得够用就可以了，又比如Activity，Service等四大组件的使用原理，系统开机过程，Launcher启动过程等知之甚少，知其然而不知其所以然，结果就是出现某些问题，不知道从哪里找原因，只能依赖万能的百度，但是百度看多了，你会发现自己还是什么都不会，过一段时间可能就忘记了
- 为了能更加深刻的理解这些机制，笔者决定自己深入Framework层面去考察下这些代码的机制：
讲解时间线如下：
- 1.android体系课-系统启动流程-之zygote进程启动过程源码分析
- 2.android体系课-系统启动流程-之SystemServer启动过程源码分析
- 3.android体系课-系统启动流程-之startActivity启动流程源码分析
- 4.android体系课-系统启动流程-之android系统启动面试题
对于源码解析部分，可能大家会有部分疑惑，我们列出部分：
- 1.zygoye是什么？有什么作用
答：zygote英文翻译是“孵化”。
在了解zygote之前首先我们需要知道我们进程是如何创建的？
我们安卓设备内核使用的是linux内核，
开机先是启动一个init进程，在init进程中会创建一个zygote进程，
zygote进程会启动java虚拟机并注册java-native 的jni方法，通过jni调用到java层的ZygoteInit，在这个类里面会注册一个ServerSocket用于设备创建应用进程的需要。
当启动一个应用需要创建一个进程时，会调用到这个ServerSocket的创建进程流程，主要是通过fork的方式创建进程，这样子进程就拥有了父进程所有的资源，
fork会返回两次，当返回的pid=0时说明现在是处于子进程，继续处理子进程流程就可以了。如果是SystemServer进程，则会启动各类服务，包括AMS,WMS等系统服务。
按上面所讲，zygote就是作为创建子进程的一个孵化器。‘
- 2.SystemServer是什么？有什么作用？它与zygote的关系是什么？
答：SystemServer是一个由zygotefork出来的子进程，该进程主要作用是创建创建binder线程池和启动android运行需要的诸多系统服务，比如：AMS，PMS，WMS等并启动系统Launcher
- 3.ActivityManagerService是什么？什么时候初始化的？有什么作用？
答：ActivityManagerService，简称AMS，服务端对象，负责统一调度系统中四大组件的生命周期。ActivityManagerService进行初始化的时机很明确，就是在SystemServer进程开启的时候，就会初始化ActivityManagerService
**APP和AMS其实是通过binder进行通讯的。**
binder机制简述。binder其实是进程间通信的一种方式，在linux进程中有socket，管道，共享内存，消息队列等方式， 而由于binder对性能消耗低和安全性方面的考虑，android大量的使用了binder通讯 ，可以说binder是android的基石。
binder模型简述：
首先我们binder是通过CS架构进行设计的：Client和Service 先搞懂三个概念：client，server和serverManger server通过binder通讯将自己注册到serverManager中，client通过binder获取serverManager中注册的server， 其实是获取一个handle，通过这个handle就可以在bidner驱动中找找到server进程和需要处理的方法地址等信息。 从而间接实现了进程间通讯，这个是binder的一个简要概述，详细的需要去了解binder驱动实现原理。
4.Launcher是什么？什么时候启动的？
答：Launcher也是一个应用app，是在SystemServer启动的时候，启动的一个应用
5.Instrumentation是什么？和ActivityThread是什么关系？
答：Instrumentation是一个沟通Activity和AMS以及ActivityThread和Activity中间桥梁工具类
例如：Activity.startActivity
->mInstrumentation.execStartActivity
->ActivityManagerService.startActivity->ActivityThread.thread.scheduleLaunchActivity
->ActivityThread.handleLaunchActivity
->mInstrumentation.callActivityOnCreate
针对以上问题：笔者会以源码的方式呈现
我们先来看下Android设备启动过程
- init进程 0号进程
作用：
1.创建和挂载启动所需的文件系统：tmpfs,devpts,proc,sysfs,selinuxfs等
2.初始化和启动属性服务
3.设置子进程(zygote进程)异常退出处理函数。
在UNIX/linux中，父进程调用fork函数创建子进程，在子进程在异常退出后，如果父进程不知道子进程已经退出，其会在系统进程表中保留进程信息(进程号，退出状态和运行时间等)，
这个子进程就变成僵尸进程，系统进程表是一项有限资源，如果系统进程被僵尸进程耗尽就会无法创建新的进程
4.解析init.rc文件,并启动孵化zygote进程（Android初始化语言）
5.启动孵化zygote进程，这个是本篇文章的分析重点，从源码角度分析了Android zygote进程启动过程
app_main.cpp
int main(){
runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote);
AndroidRuntime.cpp:start:
//启动java虚拟机
startVm(&mJavaVM, &env, zygote) != 0；
//注册android启动需要的jni方法
startReg(env) < 0；
//startClass="com.android.internal.os.ZygoteInit" startMeth=main方法
env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);
//即调用ZygoteInit的main方法
ZygoteInit.java:main{
//创建一个Server端的socket，socketName=“zygote” 用于接收应用的请求创建应用进程fork方式
zygoteServer.registerServerSocket(socketName);
ZygoteServer.java:registerServerSocket
//预加载系统类和系统资源
preload(bootTimingsTraceLog){
preloadClasses();
preloadResources();
preloadOpenGL();
preloadSharedLibraries();
preloadTextResources();
WebViewFactory.prepareWebViewInZygote();
}
//启动SystemServer进程
startSystemServer(abiList, socketName, zygoteServer){
//fork system server进程
pid = Zygote.forkSystemServer(parsedArgs.uid, parsedArgs.gid...);
//pid=0,说明运行在子进程中：SystemServer进程中
if (pid == 0) {
//关闭SystemServer进程中的socket，因为是通过fork创建，子进程也会有socket服务，需要关闭子进程的socket通道
zygoteServer.closeServerSocket();
//处理SystemServer进程
handleSystemServerProcess(parsedArgs){
//创建PathClassLoader
cl = createPathClassLoader(...);
//注释2
ZygoteInit.zygoteInit(parsedArgs.targetSdkVersion, parsedArgs.remainingArgs, cl){
//RuntimeInit初始化操作
RuntimeInit.commonInit();
RuntimeInit.java:commonInit
//设置主线程未捕获异常时回调的Handler,可以在app中替换
Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler(new KillApplicationHandler());
//对应AndroidRunTime：com_android_internal_os_ZygoteInit_nativeZygoteInit:
ZygoteInit.nativeZygoteInit(){
//gCurRuntime = AppRuntime在app_main.cpp中初始化
gCurRuntime->onZygoteInit();
sp<ProcessState> proc = ProcessState::self();
//启动线程池，内部会循环获取其他应用发过来的数据，根据binder机制
proc->startThreadPool();
}
RuntimeInit.applicationInit(targetSdkVersion, argv, classLoader){
invokeStaticMain(args.startClass, args.startArgs, classLoader){
//前面传入的是"com.android.server.SystemServer"，加载类SystemServer
cl = Class.forName(className, true, classLoader);
//反射获取SystemServer的main方法
m = cl.getMethod("main", new Class[] { String[].class });
//可以再注释1出捕获，最终进入SystemServer的main方法
throw new Zygote.MethodAndArgsCaller(m, argv);
}
}
}
}
}
}
//这个还是在app_main进程中等待AMS创建新的应用程序进程 注释3
zygoteServer.runSelectLoop(abiList){
while (true) {
StructPollfd[] pollFds = new StructPollfd[fds.size()];
for (int i = 0; i < pollFds.length; ++i) {
pollFds[i] = new StructPollfd();
pollFds[i].fd = fds.get(i);
pollFds[i].events = (short) POLLIN;
}
try {
//poll函数使用pollfd类型的结构来监控一组文件句柄
//https://blog.csdn.net/sijinxiaotongxue/article/details/81988411
Os.poll(pollFds, -1);
} catch (ErrnoException ex) {
throw new RuntimeException("poll failed", ex);
}
for (int i = pollFds.length - 1; i >= 0; --i) {
if ((pollFds[i].revents & POLLIN) == 0) {
continue;
}
if (i == 0) {i=0为connect阶段
ZygoteConnection newPeer = acceptCommandPeer(abiList);
peers.add(newPeer);
fds.add(newPeer.getFileDesciptor());
} else {
//不为0则说明AMS向孵化进程发出一个创建进程的请求，调用fork方式创建进程
boolean done = peers.get(i).runOnce(this){
acceptCommandPeer.runOnce(this){
//读客户端发来的数据
args = readArgumentList();
调用fork创建新的进程
pid = Zygote.forkAndSpecialize(...)
}
}
//创建成功，移除ZygoteConnection
if (done) {
peers.remove(i);
fds.remove(i);
}
}
}
}
//0为子进程
if (pid == 0) {
//关闭子进程的socket连接，子进程不需要创建socket
zygoteServer.closeServerSocket();
//处理子进程
handleChildProc(parsedArgs, descriptors, childPipeFd, newStderr);
//和注释2一样内部为初始化和创建子进程的线程池和启动子进程
ZygoteInit.zygoteInit(parsedArgs.targetSdkVersion,parsedArgs.remainingArgs, null /* classLoader */);
}
}
catch (Zygote.MethodAndArgsCaller caller) {
//子进程入口 注释1，zygote进程还是在注释3处等待
caller.run();
}
}
}zygote进程总结：
- 1.启动java虚拟机
- 2.注册android启动需要的jni方法
3.调用com.android.internal.os.ZygoteInit的main方法
- 3.1:创建一个Server端的socket，socketName=“zygote” 用于接收应用的请求创建应用进程：使用的fork方式
- 3.2:预加载系统类和系统资源,如果进程是使用fork方式创建的，则这个预加载的类和资源也可以被子进程所用
3.2:使用fork方式创建SystemServer进程，最终会在3.3处接收到socket请求并创建SystemServer进程。并在异常后调用caller.run()运行SystemServer的main方法;
SystemServer进程中：- 3.2.1：创建PathClassLoader
- 3.2.2：设置主线程未捕获异常时回调的Handler,可以在app中替换
- 3.2.3：启动binder线程池
- 3.2.4：使用抛出异常加反射的方式，启动SystemServer的main方法
- 3.3:在app_main进程中等待AMS创建新的应用程序进程
下一篇我们会讲解关于SystemServer启动过程源码分析
