理解Android进程创建流程
樱桃大丸子
9年前
<blockquote> <p>基于Android 6.0的源码剖析， 分析Android进程是如何一步步创建的，本文涉及到的源码：</p> </blockquote> <pre> <code>/frameworks/base/core/java/android/os/Process.java /frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java /frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteConnection.java /frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/RuntimeInit.java /frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/Zygote.java /frameworks/base/core/jni/com_android_internal_os_Zygote.cpp /frameworks/base/cmds/app_process/App_main.cpp （内含AppRuntime类） /frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp /libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/ZygoteHooks.java /art/runtime/native/dalvik_system_ZygoteHooks.cc /art/runtime/Runtime.cc /art/runtime/Thread.cc /art/runtime/signal_catcher.cc </code></pre> <h3>概述</h3> <p>本文要介绍的是进程的创建，先简单说说进程与线程的区别。</p> <p><strong>进程：</strong>每个<code>App</code>在启动前必须先创建一个进程，该进程是由<code>Zygote</code> fork出来的，进程具有独立的资源空间，用于承载App上运行的各种Activity/Service等组件。进程对于上层应用来说是完全透明的，这也是google有意为之，让App程序都是运行在Android Runtime。大多数情况一个<code>App</code>就运行在一个进程中，除非在AndroidManifest.xml中配置<code>Android:process</code>属性，或通过native代码fork进程。</p> <p><strong>线程：</strong>线程对应用开发者来说非常熟悉，比如每次<code>new Thread().start()</code>都会创建一个新的线程，该线程并没有自己独立的地址空间，而是与其所在进程之间资源共享。从Linux角度来说进程与线程都是一个task_struct结构体，除了是否共享资源外，并没有其他本质的区别。</p> <p>对于大多数的应用开发者来说创建线程比较熟悉，而对于创建进程并没有太多的概念。对于系统工程师或者高级开发者，还是有很必要了解Android系统是如何一步步地创建出一个进程的。先来看一张进程创建过程的简要图：</p> <p><img alt="理解Android进程创建流程" src="https://simg.open-open.com/show/5a150e81b4abeb96a1ccc2272629503b.jpg"></p> <p>图解：</p> <ol> <li><strong>App发起进程</strong>：当从桌面启动应用，则发起进程便是Launcher所在进程；当从某App内启动远程进程，则发送进程便是该App所在进程。发起进程先通过binder发送消息给system_server进程；</li> <li><strong>system_server进程</strong>：调用Process.start()方法，通过socket向zygote进程发送创建新进程的请求；</li> <li><strong>zygote进程</strong>：在执行<code>ZygoteInit.main()</code>后便进入<code>runSelectLoop()</code>循环体内，当有客户端连接时便会执行ZygoteConnection.runOnce()方法，再经过层层调用后fork出新的应用进程；</li> <li><strong>新进程</strong>：执行handleChildProc方法，最后调用ActivityThread.main()方法。</li> </ol> <p>可能朋友不是很了解system_server进程和Zygote进程，下面简要说说：</p> <ul> <li><code>system_server</code>进程：是用于管理整个Java framework层，包含ActivityManager，PowerManager等各种系统服务;</li> <li><code>Zygote</code>进程：是Android系统的首个Java进程，Zygote是所有Java进程的父进程，包括 <code>system_server</code>进程以及所有的App进程都是Zygote的子进程，注意这里说的是子进程，而非子线程。</li> </ul> <p>如果想更进一步了解system_server进程和Zygote进程在整个Android系统所处的地位，可查看我的另一个文章<a href="/misc/goto?guid=4959669985108446736">Android系统-开篇</a>。</p> <p>接下来从Android 6.0源码，展开讲解进程创建是一个怎样的过程。</p> <h3>1. Process.start</h3> <pre> <code class="language-java">public static final ProcessStartResult start(final String processClass, final String niceName, int uid, int gid, int[] gids, int debugFlags, int mountExternal, int targetSdkVersion, String seInfo, String abi, String instructionSet, String appDataDir, String[] zygoteArgs) { try { //【见流程2】 return startViaZygote(processClass, niceName, uid, gid, gids, debugFlags, mountExternal, targetSdkVersion, seInfo, abi, instructionSet, appDataDir, zygoteArgs); } catch (ZygoteStartFailedEx ex) { throw new RuntimeException(""); } } </code></pre> <h3>2. startViaZygote</h3> <p>[-> Process.java]</p> <pre> <code class="language-java">private static ProcessStartResult startViaZygote(final String processClass, final String niceName, final int uid, final int gid, final int[] gids, int debugFlags, int mountExternal, int targetSdkVersion, String seInfo, String abi, String instructionSet, String appDataDir, String[] extraArgs) throws ZygoteStartFailedEx { synchronized(Process.class) { ArrayList<String> argsForZygote = new ArrayList<String>(); argsForZygote.add("--runtime-args"); argsForZygote.add("--setuid=" + uid); argsForZygote.add("--setgid=" + gid); argsForZygote.add("--target-sdk-version=" + targetSdkVersion); if (niceName != null) { argsForZygote.add("--nice-name=" + niceName); } if (appDataDir != null) { argsForZygote.add("--app-data-dir=" + appDataDir); } argsForZygote.add(processClass); if (extraArgs != null) { for (String arg : extraArgs) { argsForZygote.add(arg); } } //【见流程3】 return zygoteSendArgsAndGetResult(openZygoteSocketIfNeeded(abi), argsForZygote); } } </code></pre> <p>该过程主要工作是生成<code>argsForZygote</code>数组，该数组保存了进程的uid、gid、groups、target-sdk、nice-name等一系列的参数。</p> <h3>3. zygoteSendArgsAndGetResult</h3> <p>[-> Process.java]</p> <p><strong>Step 3-1.</strong> openZygoteSocketIfNeeded</p> <pre> <code class="language-java">private static ZygoteState openZygoteSocketIfNeeded(String abi) throws ZygoteStartFailedEx { if (primaryZygoteState == null || primaryZygoteState.isClosed()) { try { primaryZygoteState = ZygoteState.connect(ZYGOTE_SOCKET); } catch (IOException ioe) { throw new ZygoteStartFailedEx("Error connecting to primary zygote", ioe); } } if (primaryZygoteState.matches(abi)) { return primaryZygoteState; } //当主zygote没能匹配成功，则尝试第二个zygote if (secondaryZygoteState == null || secondaryZygoteState.isClosed()) { try { secondaryZygoteState = ZygoteState.connect(SECONDARY_ZYGOTE_SOCKET); } catch (IOException ioe) { throw new ZygoteStartFailedEx("Error connecting to secondary zygote", ioe); } } if (secondaryZygoteState.matches(abi)) { return secondaryZygoteState; } throw new ZygoteStartFailedEx("Unsupported zygote ABI: " + abi); } </code></pre> <p><code>openZygoteSocketIfNeeded(abi)</code>方法是根据当前的abi来选择与zygote还是zygote64来进行通信。</p> <p><strong>Step 3-2.</strong> zygoteSendArgsAndGetResult</p> <pre> <code class="language-java">private static ProcessStartResult zygoteSendArgsAndGetResult( ZygoteState zygoteState, ArrayList<String> args) throws ZygoteStartFailedEx { try { // final BufferedWriter writer = zygoteState.writer; final DataInputStream inputStream = zygoteState.inputStream; writer.write(Integer.toString(args.size())); writer.newLine(); int sz = args.size(); for (int i = 0; i < sz; i++) { String arg = args.get(i); if (arg.indexOf('\n') >= 0) { throw new ZygoteStartFailedEx( "embedded newlines not allowed"); } writer.write(arg); writer.newLine(); } writer.flush(); ProcessStartResult result = new ProcessStartResult(); //等待socket服务端（即zygote）返回新创建的进程pid; //对于等待时长问题，Google正在考虑此处是否应该有一个timeout，但目前是没有的。 result.pid = inputStream.readInt(); if (result.pid < 0) { throw new ZygoteStartFailedEx("fork() failed"); } result.usingWrapper = inputStream.readBoolean(); return result; } catch (IOException ex) { zygoteState.close(); throw new ZygoteStartFailedEx(ex); } } </code></pre> <p>这个方法的主要功能是通过socket通道向Zygote进程发送一个参数列表，然后进入阻塞等待状态，直到远端的socket服务端发送回来新创建的进程pid才返回。</p> <p>既然system_server进程通过socket向Zygote进程发送消息，这是便会唤醒Zygote进程，来响应socket客户端的请求（即system_server端），接下来的操作便是在Zygote进程中执行。</p> <h3>4. runSelectLoop</h3> <p>[–>ZygoteInit.java]</p> <pre> <code class="language-java">public static void main(String argv[]) { try { runSelectLoop(abiList); .... } catch (MethodAndArgsCaller caller) { caller.run(); //【见流程13】 } catch (RuntimeException ex) { closeServerSocket(); throw ex; } } </code></pre> <p>后续会讲到runSelectLoop()方法会抛出异常<code>MethodAndArgsCaller</code>，从而进入caller.run()方法。</p> <p>[-> ZygoteInit.java]</p> <pre> <code class="language-java">private static void runSelectLoop(String abiList) throws MethodAndArgsCaller { ... ArrayList<ZygoteConnection> peers = new ArrayList<ZygoteConnection>(); while (true) { for (int i = pollFds.length - 1; i >= 0; --i) { //采用I/O多路复用机制，当客户端发出连接请求或者数据处理请求时，跳过continue，执行后面的代码 if ((pollFds[i].revents & POLLIN) == 0) { continue; } if (i == 0) { //创建客户端连接 ZygoteConnection newPeer = acceptCommandPeer(abiList); peers.add(newPeer); fds.add(newPeer.getFileDesciptor()); } else { //处理客户端数据事务 【见流程5】 boolean done = peers.get(i).runOnce(); if (done) { peers.remove(i); fds.remove(i); } } } } } </code></pre> <p>没有连接请求时会进入休眠状态，当有创建新进程的连接请求时，唤醒Zygote进程，创建Socket通道ZygoteConnection，然后执行ZygoteConnection的runOnce()方法。</p> <h3>5. runOnce</h3> <p>[-> ZygoteConnection.java]</p> <pre> <code class="language-java">boolean runOnce() throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller { String args[]; Arguments parsedArgs = null; FileDescriptor[] descriptors; try { //读取socket客户端发送过来的参数列表 args = readArgumentList(); descriptors = mSocket.getAncillaryFileDescriptors(); } catch (IOException ex) { closeSocket(); return true; } PrintStream newStderr = null; if (descriptors != null && descriptors.length >= 3) { newStderr = new PrintStream(new FileOutputStream(descriptors[2])); } int pid = -1; FileDescriptor childPipeFd = null; FileDescriptor serverPipeFd = null; try { //将binder客户端传递过来的参数，解析成Arguments对象格式 parsedArgs = new Arguments(args); ... int [] fdsToClose = { -1, -1 }; FileDescriptor fd = mSocket.getFileDescriptor(); if (fd != null) { fdsToClose[0] = fd.getInt$(); } fd = ZygoteInit.getServerSocketFileDescriptor(); if (fd != null) { fdsToClose[1] = fd.getInt$(); } fd = null; 【见流程6】 pid = Zygote.forkAndSpecialize(parsedArgs.uid, parsedArgs.gid, parsedArgs.gids, parsedArgs.debugFlags, rlimits, parsedArgs.mountExternal, parsedArgs.seInfo, parsedArgs.niceName, fdsToClose, parsedArgs.instructionSet, parsedArgs.appDataDir); } catch (Exception e) { ... } try { if (pid == 0) { //子进程执行 IoUtils.closeQuietly(serverPipeFd); serverPipeFd = null; 【见流程7】 handleChildProc(parsedArgs, descriptors, childPipeFd, newStderr); // 不应到达此处，子进程预期的是抛出异常ZygoteInit.MethodAndArgsCaller或者执行exec(). return true; } else { //父进程执行 IoUtils.closeQuietly(childPipeFd); childPipeFd = null; return handleParentProc(pid, descriptors, serverPipeFd, parsedArgs); } } finally { IoUtils.closeQuietly(childPipeFd); IoUtils.closeQuietly(serverPipeFd); } } </code></pre> <h3>6. forkAndSpecialize</h3> <p>[-> Zygote.java]</p> <pre> <code class="language-java">public static int forkAndSpecialize(int uid, int gid, int[] gids, int debugFlags, int[][] rlimits, int mountExternal, String seInfo, String niceName, int[] fdsToClose, String instructionSet, String appDataDir) { VM_HOOKS.preFork(); 【见流程6-1】 int pid = nativeForkAndSpecialize( uid, gid, gids, debugFlags, rlimits, mountExternal, seInfo, niceName, fdsToClose, instructionSet, appDataDir); 【见流程6-2】 ... VM_HOOKS.postForkCommon(); 【见流程6-3】 return pid; } </code></pre> <p>这里<code>VM_HOOKS</code>是做什么的呢？</p> <p>先说说Zygote进程，如下图： <img alt="理解Android进程创建流程" src="https://simg.open-open.com/show/19c1d46fc1b36b8d319e928157b7c57a.png"></p> <p>从图中可知Zygote进程有4个子线程，分别是<code>ReferenceQueueDaemon</code>、<code>FinalizerDaemon</code>、<code>FinalizerWatchdogDaemon</code>、<code>HeapTaskDaemon</code>，此处称为为Zygote的4个Daemon子线程。图中线程名显示的并不完整是由于底层的进程结构体<code>task_struct</code>是由长度为16的char型数组保存，超过15个字符便会截断。</p> <p>可能有人会问zygote64进程不是还有system_server，com.android.phone等子线程，怎么会只有4个呢？那是因为这些并不是Zygote子线程，而是Zygote的子进程。在图中用红色圈起来的是进程的<a href="/misc/goto?guid=4959669985203848160">VSIZE，virtual size)</a>，代表的是进程虚拟地址空间大小。线程与进程的最为本质的区别便是是否共享内存空间，图中VSIZE和Zygote进程相同的才是Zygote的子线程，否则就是Zygote的子进程。</p> <p>6-1 preFork</p> <p>[-> ZygoteHooks.java]</p> <pre> <code class="language-java"> public void preFork() { Daemons.stop(); //停止4个Daemon子线程【见流程6-1-1】 waitUntilAllThreadsStopped(); //等待所有子线程结束【见流程6-1-2】 token = nativePreFork(); //完成gc堆的初始化工作【见流程6-1-3】 } </code></pre> <p><strong>Step 6-1-1.</strong> Daemons.stop</p> <pre> <code class="language-java">public static void stop() { HeapTaskDaemon.INSTANCE.stop(); //Java堆整理线程 ReferenceQueueDaemon.INSTANCE.stop(); //引用队列线程 FinalizerDaemon.INSTANCE.stop(); //析构线程 FinalizerWatchdogDaemon.INSTANCE.stop(); //析构监控线程 } </code></pre> <p><strong>Step 6-1-2.</strong> waitUntilAllThreadsStopped</p> <pre> <code class="language-java">private static void waitUntilAllThreadsStopped() { File tasks = new File("/proc/self/task"); // 当/proc中线程数大于1，就出让CPU直到只有一个线程，才退出循环 while (tasks.list().length > 1) { Thread.yield(); } } </code></pre> <p><strong>Step 6-1-3.</strong> nativePreFork</p> <p>nativePreFork通过JNI最终调用的是dalvik_system_ZygoteHooks.cc中的ZygoteHooks_nativePreFork()方法，如下：</p> <pre> <code class="language-java">static jlong ZygoteHooks_nativePreFork(JNIEnv* env, jclass) { Runtime* runtime = Runtime::Current(); CHECK(runtime->IsZygote()) << "runtime instance not started with -Xzygote"; runtime->PreZygoteFork(); 【见流程6-1-3-1】 if (Trace::GetMethodTracingMode() != TracingMode::kTracingInactive) { Trace::Pause(); } //将线程转换为long型并保存到token，该过程是非安全的 return reinterpret_cast<jlong>(ThreadForEnv(env)); } </code></pre> <p><strong>Step 6-1-3-1.</strong> PreZygoteFork</p> <pre> <code class="language-java">void Runtime::PreZygoteFork() { // 堆的初始化工作。这里就不继续再往下追了，等后续有空专门谢谢关于art虚拟机 heap_->PreZygoteFork(); } </code></pre> <p>VM_HOOKS.preFork()的主要功能便是停止Zygote的4个Daemon子线程的运行，等待并确保Zygote是单线程（用于提升fork效率），并等待这些线程的停止，初始化gc堆的工作。</p> <p>6-2 nativeForkAndSpecialize</p> <p>nativeForkAndSpecialize()通过JNI最终调用的是com_android_internal_os_Zygote.cpp中的 com_android_internal_os_Zygote_nativeForkAndSpecialize()方法，如下：</p> <p>[-> com_android_internal_os_Zygote.cpp]</p> <pre> <code class="language-java">static jint com_android_internal_os_Zygote_nativeForkAndSpecialize( JNIEnv* env, jclass, jint uid, jint gid, jintArray gids, jint debug_flags, jobjectArray rlimits, jint mount_external, jstring se_info, jstring se_name, jintArray fdsToClose, jstring instructionSet, jstring appDataDir) { // 将CAP_WAKE_ALARM赋予蓝牙进程 jlong capabilities = 0; if (uid == AID_BLUETOOTH) { capabilities |= (1LL << CAP_WAKE_ALARM); } 【见流程6-2-1】 return ForkAndSpecializeCommon(env, uid, gid, gids, debug_flags, rlimits, capabilities, capabilities, mount_external, se_info, se_name, false, fdsToClose, instructionSet, appDataDir); } </code></pre> <p><strong>Step 6-2-1.</strong>ForkAndSpecializeCommon</p> <p>[-> com_android_internal_os_Zygote.cpp]</p> <pre> <code class="language-java">static pid_t ForkAndSpecializeCommon(JNIEnv* env, uid_t uid, gid_t gid, jintArray javaGids, jint debug_flags, jobjectArray javaRlimits, jlong permittedCapabilities, jlong effectiveCapabilities, jint mount_external, jstring java_se_info, jstring java_se_name, bool is_system_server, jintArray fdsToClose, jstring instructionSet, jstring dataDir) { SetSigChldHandler(); //设置子进程的signal信号处理函数 pid_t pid = fork(); //fork子进程 【见流程6-2-1-1】 if (pid == 0) { //进入子进程 DetachDescriptors(env, fdsToClose); //关闭并清除文件描述符 if (!is_system_server) { //对于非system_server子进程，则创建进程组 int rc = createProcessGroup(uid, getpid()); } SetGids(env, javaGids); //设置设置group SetRLimits(env, javaRlimits); //设置资源limit int rc = setresgid(gid, gid, gid); rc = setresuid(uid, uid, uid); SetCapabilities(env, permittedCapabilities, effectiveCapabilities); SetSchedulerPolicy(env); //设置调度策略 //selinux上下文 rc = selinux_android_setcontext(uid, is_system_server, se_info_c_str, se_name_c_str); if (se_info_c_str == NULL && is_system_server) { se_name_c_str = "system_server"; } if (se_info_c_str != NULL) { SetThreadName(se_name_c_str); //设置线程名为system_server，方便调试 } UnsetSigChldHandler(); //设置子进程的signal信号处理函数为默认函数 //等价于调用zygote.callPostForkChildHooks() 【见流程6-2-2-1】 env->CallStaticVoidMethod(gZygoteClass, gCallPostForkChildHooks, debug_flags, is_system_server ? NULL : instructionSet); ... } else if (pid > 0) { //进入父进程，即Zygote进程 } return pid; } </code></pre> <p><strong>Step 6-2-1-1.</strong> fork()</p> <p>fork()采用copy on write技术，这是linux创建进程的标准方法，调用一次，返回两次，返回值有3种类型。</p> <ul> <li>父进程中，fork返回新创建的子进程的pid;</li> <li>子进程中，fork返回0；</li> <li>当出现错误时，fork返回负数。（当进程数超过上限或者系统内存不足时会出错）</li> </ul> <p>fork()的主要工作是寻找空闲的进程号pid，然后从父进程拷贝进程信息，例如数据段和代码段空间等，当然也包含拷贝fork()代码之后的要执行的代码到新的进程。</p> <p>下面，说说zygote的fork()过程：</p> <p><img alt="理解Android进程创建流程" src="https://simg.open-open.com/show/38629eaab5366f057f6c9e68d9cdcd39.jpg"></p> <p>Zygote进程是所有Android进程的母体，包括system_server进程以及App进程都是由Zygote进程孵化而来。zygote利用fork()方法生成新进程，对于新进程A复用Zygote进程本身的资源，再加上新进程A相关的资源，构成新的应用进程A。何为copy on write(写时复制)？当进程A执行修改某个内存数据时（这便是on write时机），才发生缺页中断，从而分配新的内存地址空间（这便是copy操作），对于copy on write是基于内存页，而不是基于进程的。关于Zygote进程的libc、vm、preloaded classes、preloaded resources是如何生成的，可查看另一个文章<a href="http://www.open-open.com/lib/view/open1456803765078.html">Android系统启动-zygote篇</a>。</p> <p><strong>Step 6-2-2-1.</strong> Zygote.callPostForkChildHooks</p> <pre> <code class="language-java">private static void callPostForkChildHooks(int debugFlags, boolean isSystemServer, String instructionSet) { VM_HOOKS.postForkChild(debugFlags, isSystemServer, instructionSet); } public void postForkChild(int debugFlags, String instructionSet) { 【见流程6-2-2-1-1】 nativePostForkChild(token, debugFlags, instructionSet); Math.setRandomSeedInternal(System.currentTimeMillis()); } </code></pre> <p>在这里，设置了新进程Random随机数种子为当前系统时间，也就是在进程创建的那一刻就决定了未来随机数的情况，也就是伪随机。</p> <p><strong>Step 6-2-2-1-1.</strong> nativePostForkChild</p> <p>最终调用dalvik_system_ZygoteHooks的ZygoteHooks_nativePostForkChild</p> <p>[-> dalvik_system_ZygoteHooks.cc]</p> <pre> <code class="language-java">static void ZygoteHooks_nativePostForkChild(JNIEnv* env, jclass, jlong token, jint debug_flags, jstring instruction_set) { Thread* thread = reinterpret_cast<Thread*>(token); //设置新进程的主线程id thread->InitAfterFork(); .. if (instruction_set != nullptr) { ScopedUtfChars isa_string(env, instruction_set); InstructionSet isa = GetInstructionSetFromString(isa_string.c_str()); Runtime::NativeBridgeAction action = Runtime::NativeBridgeAction::kUnload; if (isa != kNone && isa != kRuntimeISA) { action = Runtime::NativeBridgeAction::kInitialize; } 【见流程6-2-2-1-1-1】 Runtime::Current()->DidForkFromZygote(env, action, isa_string.c_str()); } else { Runtime::Current()->DidForkFromZygote(env, Runtime::NativeBridgeAction::kUnload, nullptr); } } </code></pre> <p><strong>Step 6-2-2-1-1-1.</strong> DidForkFromZygote</p> <p>[-> Runtime.cc]</p> <pre> <code class="language-java">void Runtime::DidForkFromZygote(JNIEnv* env, NativeBridgeAction action, const char* isa) { is_zygote_ = false; if (is_native_bridge_loaded_) { switch (action) { case NativeBridgeAction::kUnload: UnloadNativeBridge(); //卸载用于跨平台的桥连库 is_native_bridge_loaded_ = false; break; case NativeBridgeAction::kInitialize: InitializeNativeBridge(env, isa);//初始化用于跨平台的桥连库 break; } } //创建Java堆处理的线程池 heap_->CreateThreadPool(); //重置gc性能数据，以保证进程在创建之前的GCs不会计算到当前app上。 heap_->ResetGcPerformanceInfo(); if (jit_.get() == nullptr && jit_options_->UseJIT()) { //当flag被设置，并且还没有创建JIT时，则创建JIT CreateJit(); } //设置信号处理函数 StartSignalCatcher(); //启动JDWP线程，当命令debuger的flags指定"suspend=y"时，则暂停runtime Dbg::StartJdwp(); } </code></pre> <p>关于信号处理过程，其代码位于signal_catcher.cc文件中，后续会单独讲解。</p> <p>6-3 postForkCommon</p> <p>[-> ZygoteHooks.java]</p> <pre> <code class="language-java">public void postForkCommon() { Daemons.start(); 【见流程6-3-1】 } </code></pre> <p><strong>Step 6-3-1.</strong> Daemons.start</p> <pre> <code class="language-java">public static void start() { ReferenceQueueDaemon.INSTANCE.start(); FinalizerDaemon.INSTANCE.start(); FinalizerWatchdogDaemon.INSTANCE.start(); HeapTaskDaemon.INSTANCE.start(); } </code></pre> <p>VM_HOOKS.postForkCommon的主要功能是在fork新进程后，启动Zygote的4个Daemon线程，java堆整理，引用队列，以及析构线程。</p> <p>forkAndSpecialize小结</p> <p>调用关系链：</p> <pre> <code class="language-java">Zygote.forkAndSpecialize ZygoteHooks.preFork Daemons.stop ZygoteHooks.nativePreFork dalvik_system_ZygoteHooks.ZygoteHooks_nativePreFork Runtime::PreZygoteFork heap_->PreZygoteFork() Zygote.nativeForkAndSpecialize com_android_internal_os_Zygote.ForkAndSpecializeCommon fork() Zygote.callPostForkChildHooks ZygoteHooks.postForkChild dalvik_system_ZygoteHooks.nativePostForkChild Runtime::DidForkFromZygote ZygoteHooks.postForkCommon Daemons.start </code></pre> <p><strong>时序图：</strong></p> <p>点击查看<a href="https://simg.open-open.com/show/6557ddb66a3f8ab3312a3266c0aaf317.jpg">大图</a></p> <p><img alt="理解Android进程创建流程" src="https://simg.open-open.com/show/41c392099f4ffe9c67d57a97c736ea96.jpg"></p> <p>到此App进程已完成了创建的所有工作，接下来开始新创建的App进程的工作。在前面ZygoteConnection.runOnce方法中，zygote进程执行完<code>forkAndSpecialize()</code>后，新创建的App进程便进入<code>handleChildProc()</code>方法，下面的操作运行在App进程。</p> <h3>7. handleChildProc</h3> <p>[-> ZygoteConnection.java]</p> <pre> <code class="language-java">private void handleChildProc(Arguments parsedArgs, FileDescriptor[] descriptors, FileDescriptor pipeFd, PrintStream newStderr) throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller { //关闭Zygote的socket两端的连接 closeSocket(); ZygoteInit.closeServerSocket(); if (descriptors != null) { try { Os.dup2(descriptors[0], STDIN_FILENO); Os.dup2(descriptors[1], STDOUT_FILENO); Os.dup2(descriptors[2], STDERR_FILENO); for (FileDescriptor fd: descriptors) { IoUtils.closeQuietly(fd); } newStderr = System.err; } catch (ErrnoException ex) { Log.e(TAG, "Error reopening stdio", ex); } } if (parsedArgs.niceName != null) { //设置进程名 Process.setArgV0(parsedArgs.niceName); } if (parsedArgs.invokeWith != null) { //据说这是用于检测进程内存泄露或溢出时场景而设计，后续还需要进一步分析。 WrapperInit.execApplication(parsedArgs.invokeWith, parsedArgs.niceName, parsedArgs.targetSdkVersion, VMRuntime.getCurrentInstructionSet(), pipeFd, parsedArgs.remainingArgs); } else { //执行目标类的main()方法 【见流程8】 RuntimeInit.zygoteInit(parsedArgs.targetSdkVersion, parsedArgs.remainingArgs, null); } } </code></pre> <h3>8. zygoteInit</h3> <p>[–>RuntimeInit.java]</p> <pre> <code class="language-java">public static final void zygoteInit(int targetSdkVersion, String[] argv, ClassLoader classLoader) throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller { Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "RuntimeInit"); redirectLogStreams(); //重定向log输出 commonInit(); // 通用的一些初始化【见流程9】 nativeZygoteInit(); // zygote初始化 【见流程10】 applicationInit(targetSdkVersion, argv, classLoader); // 应用初始化【见流程11】 } </code></pre> <h3>9. commonInit</h3> <p>[–>RuntimeInit.java]</p> <pre> <code class="language-java">private static final void commonInit() { // 设置默认的未捕捉异常处理方法 Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler(new UncaughtHandler()); // 设置市区，中国时区为"Asia/Shanghai" TimezoneGetter.setInstance(new TimezoneGetter() { @Override public String getId() { return SystemProperties.get("persist.sys.timezone"); } }); TimeZone.setDefault(null); //重置log配置 LogManager.getLogManager().reset(); new AndroidConfig(); // 设置默认的HTTP User-agent格式,用于 HttpURLConnection。 String userAgent = getDefaultUserAgent(); System.setProperty("http.agent", userAgent); // 设置socket的tag，用于网络流量统计 NetworkManagementSocketTagger.install(); } </code></pre> <p>默认的HTTP User-agent格式，例如：</p> <pre> <code class="language-java"> "Dalvik/1.1.0 (Linux; U; Android 6.0.1；LenovoX3c70 Build/LMY47V)". </code></pre> <h3>10. nativeZygoteInit</h3> <p>nativeZygoteInit()方法在AndroidRuntime.cpp中，进行了jni映射，对应下面的方法。</p> <p>[–>AndroidRuntime.cpp]</p> <pre> <code class="language-java">static void com_android_internal_os_RuntimeInit_nativeZygoteInit(JNIEnv* env, jobject clazz) { gCurRuntime->onZygoteInit(); //此处的gCurRuntime为AppRuntime，是在AndroidRuntime.cpp中定义的 } </code></pre> <p>[–>app_main.cpp]</p> <pre> <code class="language-java">virtual void onZygoteInit() { sp<ProcessState> proc = ProcessState::self(); proc->startThreadPool(); //启动新binder线程 } </code></pre> <p>ProcessState::self()是单例模式，主要工作是调用open()打开/dev/binder驱动设备，再利用mmap()映射内核的地址空间，将Binder驱动的fd赋值ProcessState对象中的变量mDriverFD，用于交互操作。startThreadPool()是创建一个新的binder线程，不断进行talkWithDriver()，在binder系列文章中的<a href="/misc/goto?guid=4959669985317934411">注册服务(addService)</a>详细这两个方法的执行原理。</p> <h3>11. applicationInit</h3> <p>[–>RuntimeInit.java]</p> <pre> <code class="language-java">private static void applicationInit(int targetSdkVersion, String[] argv, ClassLoader classLoader) throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller { //true代表应用程序退出时不调用AppRuntime.onExit()，否则会在退出前调用 nativeSetExitWithoutCleanup(true); //设置虚拟机的内存利用率参数值为0.75 VMRuntime.getRuntime().setTargetHeapUtilization(0.75f); VMRuntime.getRuntime().setTargetSdkVersion(targetSdkVersion); final Arguments args; try { args = new Arguments(argv); //解析参数 } catch (IllegalArgumentException ex) { Slog.e(TAG, ex.getMessage()); return; } Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER); //调用startClass的static方法 main() 【见流程12】 invokeStaticMain(args.startClass, args.startArgs, classLoader); } </code></pre> <p>此处args.startClass为”android.app.ActivityThread”。</p> <h3>12. invokeStaticMain</h3> <p>[–>RuntimeInit.java]</p> <pre> <code class="language-java">private static void invokeStaticMain(String className, String[] argv, ClassLoader classLoader) throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller { Class<?> cl; try { cl = Class.forName(className, true, classLoader); } 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 }); } 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); } //通过抛出异常，回到ZygoteInit.main()。这样做好处是能清空栈帧，提高栈帧利用率。【见流程13】 throw new ZygoteInit.MethodAndArgsCaller(m, argv); } </code></pre> <p>invokeStaticMain()方法中抛出的异常<code>MethodAndArgsCaller</code>，根据前面的【流程4】中可知，下一步进入caller.run()方法。</p> <h3>13. MethodAndArgsCaller</h3> <p>[–>ZygoteInit.java]</p> <pre> <code class="language-java">public static class MethodAndArgsCaller extends Exception implements Runnable { public void run() { try { //根据传递过来的参数，可知此处通过反射机制调用的是ActivityThread.main()方法 mMethod.invoke(null, new Object[] { mArgs }); } 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); } } } </code></pre> <p>到此，总算是进入到了ActivityThread类的main()方法。</p> <h3>总结</h3> <p>当App第一次启动时或者启动远程Service，即AndroidManifest.xml文件中定义了process:remote属性时，都需要创建进程。比如当用户点击桌面的某个App图标，桌面本身是一个app（即Launcher App），那么Launcher所在进程便是这次创建新进程的发起进程，该通过binder发送消息给system_server进程，该进程承载着整个java framework的核心服务。system_server进程从Process.start开始，执行创建进程，流程图（以进程的视角）如下：</p> <p><img alt="理解Android进程创建流程" src="https://simg.open-open.com/show/813e1d8f51a014ebac7078662137493c.jpg"></p> <p>上图中，<code>system_server</code>进程通过socket IPC通道向<code>zygote</code>进程通信，<code>zygote</code>在fork出新进程后由于fork<strong>调用一次，返回两次</strong>，即在zygote进程中调用一次，在zygote进程和子进程中各返回一次，从而能进入子进程来执行代码。该调用流程图的过程：</p> <ol> <li><strong>system_server进程</strong>（<code>即流程1~3</code>）：通过Process.start()方法发起创建新进程请求，会先收集各种新进程uid、gid、nice-name等相关的参数，然后通过socket通道发送给zygote进程；</li> <li><strong>zygote进程</strong>（<code>即流程4~6</code>）：接收到system_server进程发送过来的参数后封装成Arguments对象，图中绿色框forkAndSpecialize()方法是进程创建过程中最为核心的一个环节（详见流程6），其具体工作是依次执行下面的3个方法： <ul> <li>preFork()：先停止Zygote的4个Daemon子线程（java堆内存整理线程、对线下引用队列线程、析构线程以及监控线程）的运行以及初始化gc堆；</li> <li>nativeForkAndSpecialize()：调用linux的fork()出新进程，创建Java堆处理的线程池，重置gc性能数据，设置进程的信号处理函数，启动JDWP线程；</li> <li>postForkCommon()：在启动之前被暂停的4个Daemon子线程。</li> </ul> </li> <li><strong>新进程</strong>（<code>即流程7~13</code>）：进入handleChildProc()方法，设置进程名，打开binder驱动，启动新的binder线程；然后设置art虚拟机参数，再反射调用目标类的main()方法，即Activity.main()方法。</li> </ol> <p>再之后的流程，如果是startActivity则将要进入Activity的onCreate/onStart/onResume等生命周期；如果是startService则将要进入Service的onCreate等生命周期。</p> <p>来源：http://gityuan.com/2016/03/26/app-process-create/</p>