Android应用程序进程启动过程的源代码分析（1）

Android应用程序框架层创建的应用程序进程具有两个特点，一是进程的入口函数是ActivityThread.main，二是进程天然支持Binder进程间通信机制；这两个特点都是在进程的初始化过程中实现的，本文将详细分析Android应用程序进程创建过程中是如何实现这两个特点的。

        Android应用程序框架层创建的应用程序进程的入口函数是ActivityThread.main比较好理解，即进程创建完成之后，Android应用程序框架层就会在这个进程中将ActivityThread类加载进来，然后执行它的main函数，这个main函数就是进程执行消息循环的地方了。Android应用程序框架层创建的应用程序进程天然支持Binder进程间通信机制这个特点应该怎么样理解呢？前面我们在学习Android系统的Binder进程间通信机制时说到，它具有四个组件，分别是驱动程序、守护进程、Client以及Server，其中Server组件在初始化时必须进入一个循环中不断地与Binder驱动程序进行到交互，以便获得Client组件发送的请求，具体可参考Android系统进程间通信（IPC）机制Binder中的Server启动过程源代码分析一文，但是，当我们在Android应用程序中实现Server组件的时候，我们并没有让进程进入一个循环中去等待Client组件的请求，然而，当Client组件得到这个Server组件的远程接口时，却可以顺利地和Server组件进行进程间通信，这就是因为Android应用程序进程在创建的时候就已经启动了一个线程池来支持Server组件和Binder驱动程序之间的交互了，这样，极大地方便了在Android应用程序中创建Server组件。

        在Android应用程序框架层中，是由ActivityManagerService组件负责为Android应用程序创建新的进程的，它本来也是运行在一个独立的进程之中，不过这个进程是在系统启动的过程中创建的。ActivityManagerService组件一般会在什么情况下会为应用程序创建一个新的进程呢？当系统决定要在一个新的进程中启动一个Activity或者Service时，它就会创建一个新的进程了，然后在这个新的进程中启动这个Activity或者Service，具体可以参考Android系统在新进程中启动自定义服务过程（startService）的原理分析、Android应用程序启动过程源代码分析和Android应用程序在新的进程中启动新的Activity的方法和过程分析这三篇文章。

        ActivityManagerService启动新的进程是从其成员函数startProcessLocked开始的，在深入分析这个过程之前，我们先来看一下进程创建过程的序列图，然后再详细分析每一个步骤。

        Step 1. ActivityManagerService.startProcessLocked

        这个函数定义在frameworks/base/services/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java文件中：

1. public final class ActivityManagerService extends ActivityManagerNative     
2.         implements Watchdog.Monitor, BatteryStatsImpl.BatteryCallback {     
3.      
4.     ......     
5.      
6.     private final void startProcessLocked(ProcessRecord app,     
7.                 String hostingType, String hostingNameStr) {     
8.      
9.         ......     
10.      
11.         try {     
12.             int uid = app.info.uid;     
13.             int[] gids = null;     
14.             try {     
15.                 gids = mContext.getPackageManager().getPackageGids(     
16.                     app.info.packageName);     
17.             } catch (PackageManager.NameNotFoundException e) {     
18.                 ......     
19.             }     
20.                  
21.             ......     
22.      
23.             int debugFlags = 0;     
24.                  
25.             ......     
26.                  
27.             int pid = Process.start("android.app.ActivityThread",     
28.                 mSimpleProcessManagement ? app.processName : null, uid, uid,     
29.                 gids, debugFlags, null);     
30.                  
31.             ......     
32.      
33.         } catch (RuntimeException e) {     
34.                  
35.             ......     
36.      
37.         }     
38.     }     
39.      
40.     ......     
41.      
42. }     

       它调用了Process.start函数开始为应用程序创建新的进程，注意，它传入一个第一个参数为"android.app.ActivityThread"，这就是进程初始化时要加载的Java类了，把这个类加载到进程之后，就会把它里面的静态成员函数main作为进程的入口点，后面我们会看到。

        Step 2. Process.start 

        这个函数定义在frameworks/base/core/java/android/os/Process.java文件中：

1. public class Process {   
2.     ......   
3.    
4.     public static final int start(final String processClass,   
5.         final String niceName,   
6.         int uid, int gid, int[] gids,   
7.         int debugFlags,   
8.         String[] zygoteArgs)   
9.     {   
10.         if (supportsProcesses()) {   
11.             try {   
12.                 return startViaZygote(processClass, niceName, uid, gid, gids,   
13.                     debugFlags, zygoteArgs);   
14.             } catch (ZygoteStartFailedEx ex) {   
15.                 ......   
16.             }   
17.         } else {   
18.             ......   
19.    
20.             return 0;   
21.         }   
22.     }   
23.    
24.     ......   
25. }   

       这里的supportsProcesses函数返回值为true，它是一个Native函数，实现在frameworks/base/core/jni/android_util_Process.cpp文件中：

1. jboolean android_os_Process_supportsProcesses(JNIEnv* env, jobject clazz)   
2. {   
3.     return ProcessState::self()->supportsProcesses();   
4. }   

  ProcessState::supportsProcesses函数定义在frameworks/base/libs/binder/ProcessState.cpp文件中：

1. bool ProcessState::supportsProcesses() const   
2. {   
3.     return mDriverFD >= 0;   
4. }   

       这里的mDriverFD是设备文件/dev/binder的打开描述符，如果成功打开了这个设备文件，那么它的值就会大于等于0，因此，它的返回值为true。

       回到Process.start函数中，它调用startViaZygote函数进一步操作。

       Step 3. Process.startViaZygote

       这个函数定义在frameworks/base/core/java/android/os/Process.java文件中：

1. public class Process {   
2.     ......   
3.    
4.     private static int startViaZygote(final String processClass,   
5.             final String niceName,   
6.             final int uid, final int gid,   
7.             final int[] gids,   
8.             int debugFlags,   
9.             String[] extraArgs)   
10.             throws ZygoteStartFailedEx {   
11.         int pid;   
12.    
13.         synchronized(Process.class) {   
14.             ArrayList<String> argsForZygote = new ArrayList<String>();   
15.    
16.             // --runtime-init, --setuid=, --setgid=,   
17.             // and --setgroups= must go first   
18.             argsForZygote.add("--runtime-init");   
19.             argsForZygote.add("--setuid=" + uid);   
20.             argsForZygote.add("--setgid=" + gid);   
21.             if ((debugFlags & Zygote.DEBUG_ENABLE_SAFEMODE) != 0) {   
22.                 argsForZygote.add("--enable-safemode");   
23.             }   
24.             if ((debugFlags & Zygote.DEBUG_ENABLE_DEBUGGER) != 0) {   
25.                 argsForZygote.add("--enable-debugger");   
26.             }   
27.             if ((debugFlags & Zygote.DEBUG_ENABLE_CHECKJNI) != 0) {   
28.                 argsForZygote.add("--enable-checkjni");   
29.             }   
30.             if ((debugFlags & Zygote.DEBUG_ENABLE_ASSERT) != 0) {   
31.                 argsForZygote.add("--enable-assert");   
32.             }   
33.    
34.             //TODO optionally enable debuger   
35.             //argsForZygote.add("--enable-debugger");   
36.    
37.             // --setgroups is a comma-separated list   
38.             if (gids != null && gids.length > 0) {   
39.                 StringBuilder sb = new StringBuilder();   
40.                 sb.append("--setgroups=");   
41.    
42.                 int sz = gids.length;   
43.                 for (int i = 0; i < sz; i++) {   
44.                     if (i != 0) {   
45.                         sb.append(',');   
46.                     }   
47.                     sb.append(gids[i]);   
48.                 }   
49.    
50.                 argsForZygote.add(sb.toString());   
51.             }   
52.    
53.             if (niceName != null) {   
54.                 argsForZygote.add("--nice-name=" + niceName);   
55.             }   
56.    
57.             argsForZygote.add(processClass);   
58.    
59.             if (extraArgs != null) {   
60.                 for (String arg : extraArgs) {   
61.                     argsForZygote.add(arg);   
62.                 }   
63.             }   
64.    
65.             pid = zygoteSendArgsAndGetPid(argsForZygote);   
66.         }   
67.     }   
68.    
69.     ......   
70. }   

       这个函数将创建进程的参数放到argsForZygote列表中去，如参数"--runtime-init"表示要为新创建的进程初始化运行时库，然后调用zygoteSendAndGetPid函数进一步操作。

        Step 4. Process.zygoteSendAndGetPid

        这个函数定义在frameworks/base/core/java/android/os/Process.java文件中：

1. public class Process {   
2.     ......   
3.    
4.     private static int zygoteSendArgsAndGetPid(ArrayList<String> args)   
5.             throws ZygoteStartFailedEx {   
6.         int pid;   
7.    
8.         openZygoteSocketIfNeeded();   
9.    
10.         try {   
11.             /**  
12.             * See com.android.internal.os.ZygoteInit.readArgumentList()  
13.             * Presently the wire format to the zygote process is:  
14.             * a) a count of arguments (argc, in essence)  
15.             * b) a number of newline-separated argument strings equal to count  
16.             *  
17.             * After the zygote process reads these it will write the pid of  
18.             * the child or -1 on failure.  
19.             */   
20.    
21.             sZygoteWriter.write(Integer.toString(args.size()));   
22.             sZygoteWriter.newLine();   
23.    
24.             int sz = args.size();   
25.             for (int i = 0; i < sz; i++) {   
26.                 String arg = args.get(i);   
27.                 if (arg.indexOf('\n') >= 0) {   
28.                     throw new ZygoteStartFailedEx(   
29.                         "embedded newlines not allowed");   
30.                 }   
31.                 sZygoteWriter.write(arg);   
32.                 sZygoteWriter.newLine();   
33.             }   
34.    
35.             sZygoteWriter.flush();   
36.    
37.             // Should there be a timeout on this?   
38.             pid = sZygoteInputStream.readInt();   
39.    
40.             if (pid < 0) {   
41.                 throw new ZygoteStartFailedEx("fork() failed");   
42.             }   
43.         } catch (IOException ex) {   
44.             ......   
45.         }   
46.    
47.         return pid;   
48.     }   
49.    
50.     ......   
51. }   

         这里的sZygoteWriter是一个Socket写入流，是由openZygoteSocketIfNeeded函数打开的：

1. public class Process {   
2.     ......   
3.    
4.     /**  
5.     * Tries to open socket to Zygote process if not already open. If  
6.     * already open, does nothing.  May block and retry.  
7.     */   
8.     private static void openZygoteSocketIfNeeded()   
9.             throws ZygoteStartFailedEx {   
10.    
11.         int retryCount;   
12.    
13.         if (sPreviousZygoteOpenFailed) {   
14.             /*  
15.             * If we've failed before, expect that we'll fail again and  
16.             * don't pause for retries.  
17.             */   
18.             retryCount = 0;   
19.         } else {   
20.             retryCount = 10;   
21.         }   
22.        
23.         /*  
24.         * See bug #811181: Sometimes runtime can make it up before zygote.  
25.         * Really, we'd like to do something better to avoid this condition,  
26.         * but for now just wait a bit...  
27.         */   
28.         for (int retry = 0   
29.             ; (sZygoteSocket == null) && (retry < (retryCount + 1))   
30.             ; retry++ ) {   
31.    
32.                 if (retry > 0) {   
33.                     try {   
34.                         Log.i("Zygote", "Zygote not up yet, sleeping...");   
35.                         Thread.sleep(ZYGOTE_RETRY_MILLIS);   
36.                     } catch (InterruptedException ex) {   
37.                         // should never happen   
38.                     }   
39.                 }   
40.    
41.                 try {   
42.                     sZygoteSocket = new LocalSocket();   
43.                     sZygoteSocket.connect(new LocalSocketAddress(ZYGOTE_SOCKET,   
44.                         LocalSocketAddress.Namespace.RESERVED));   
45.    
46.                     sZygoteInputStream   
47.                         = new DataInputStream(sZygoteSocket.getInputStream());   
48.    
49.                     sZygoteWriter =   
50.                         new BufferedWriter(   
51.                         new OutputStreamWriter(   
52.                         sZygoteSocket.getOutputStream()),   
53.                         256);   
54.    
55.                     Log.i("Zygote", "Process: zygote socket opened");   
56.    
57.                     sPreviousZygoteOpenFailed = false;   
58.                     break;   
59.                 } catch (IOException ex) {   
60.                     ......   
61.                 }   
62.         }   
63.    
64.         ......   
65.     }   
66.    
67.     ......   
68. }   

      这个Socket由frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java文件中的ZygoteInit类在runSelectLoopMode函数侦听的。