Processo de inicialização do sistema Android (2) Análise do processo Zygote
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Prefácio
No último artigo, analisamos o processo init. Há três coisas principais feitas no processo init. Uma delas é criar o processo Zygote. Então, o que é o processo Zygote e o que ele faz? Este artigo lhe dará as respostas para essas perguntas.
1. Introdução ao Zigoto
No sistema Android, JavaVM (Java Virtual Machine), processos de aplicativos e processos SystemServer que executam os principais serviços do sistema são todos criados pelo processo Zygote, que também chamamos de incubadora. Ele cria processos de aplicação e processos SystemServer na forma de fock (processo de cópia).Como o processo Zygote cria JavaVM quando é iniciado, os processos de aplicação e processos SystemServer criados por meio de fock podem obter uma cópia de instância do JavaVM internamente.
Já mencionamos o zigoto de inicialização init no artigo anterior, então não entraremos em detalhes aqui. Este artigo analisa principalmente o processo de inicialização do Android7.0 Zygote.
2.Análise de AppRuntime
Aprendemos com o artigo anterior que quando o init inicia o zigoto, ele chama principalmente o início do AppRuntime na função principal do app_main.cpp para iniciar o processo do zigoto. Iniciaremos a análise a partir da função principal do app_main.cpp, conforme mostrado abaixo .
frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp
int main(int argc, char* const argv[])
{
...
AppRuntime runtime(argv[0], computeArgBlockSize(argc, argv));
...
Vector<String8> args;
if (!className.isEmpty()) {
args.add(application ? String8("application") : String8("tool"));
runtime.setClassNameAndArgs(className, argc - i, argv + i);
} else {
// We're in zygote mode.
maybeCreateDalvikCache();
if (startSystemServer) {
args.add(String8("start-system-server"));//1
}
char prop[PROP_VALUE_MAX];
if (property_get(ABI_LIST_PROPERTY, prop, NULL) == 0) {
LOG_ALWAYS_FATAL("app_process: Unable to determine ABI list from property %s.",
ABI_LIST_PROPERTY);
return 11;
}
String8 abiFlag("--abi-list=");
abiFlag.append(prop);
args.add(abiFlag);
for (; i < argc; ++i) {
args.add(String8(argv[i]));
}
}
if (!niceName.isEmpty()) {
runtime.setArgv0(niceName.string());
set_process_name(niceName.string());
}
if (zygote) {
runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote);//2
} else if (className) {
runtime.start("com.android.internal.os.RuntimeInit", args, zygote);
} else {
fprintf(stderr, "Error: no class name or --zygote supplied.\n");
app_usage();
LOG_ALWAYS_FATAL("app_process: no class name or --zygote supplied.");
return 10;
}
}
Nota 1: Se startSystemServer for verdadeiro (o padrão é verdadeiro), coloque "start-system-server" no parâmetro de inicialização args.
É chamada a Nota 2. Aqui, a função start do tempo de execução é chamada para iniciar o processo do zigoto e os argumentos são passados. Após iniciar o processo do zigoto, o processo do zigoto iniciará o processo SystemServer. Sabemos que runtime se refere a AppRuntime, e a declaração AppRuntime também está em app_main.cpp. Ele herda AndroidRuntime, ou seja, quando chamamos start, na verdade chamamos a função start de AndroidRuntime:
frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp
void AndroidRuntime::start(const char* className, const Vector<String8>& options, bool zygote)
{
...
/* start the virtual machine */
JniInvocation jni_invocation;
jni_invocation.Init(NULL);
JNIEnv* env;
if (startVm(&mJavaVM, &env, zygote) != 0) {
//1
return;
}
onVmCreated(env);
if (startReg(env) < 0) {
//2
ALOGE("Unable to register all android natives\n");
return;
}
jclass stringClass;
jobjectArray strArray;
jstring classNameStr;
stringClass = env->FindClass("java/lang/String");
assert(stringClass != NULL);
//创建数组
strArray = env->NewObjectArray(options.size() + 1, stringClass, NULL);
assert(strArray != NULL);
//从app_main的main函数得知className为com.android.internal.os.ZygoteInit
classNameStr = env->NewStringUTF(className);
assert(classNameStr != NULL);
env->SetObjectArrayElement(strArray, 0, classNameStr);
for (size_t i = 0; i < options.size(); ++i) {
jstring optionsStr = env->NewStringUTF(options.itemAt(i).string());
assert(optionsStr != NULL);
env->SetObjectArrayElement(strArray, i + 1, optionsStr);
}
char* slashClassName = toSlashClassName(className);
jclass startClass = env->FindClass(slashClassName);
if (startClass == NULL) {
ALOGE("JavaVM unable to locate class '%s'\n", slashClassName);
/* keep going */
} else {
//找到ZygoteInit的main函数
jmethodID startMeth = env->GetStaticMethodID(startClass, "main",
"([Ljava/lang/String;)V");//3
if (startMeth == NULL) {
ALOGE("JavaVM unable to find main() in '%s'\n", className);
/* keep going */
} else {
//通过JNI调用ZygoteInit的main函数
env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);//4
#if 0
if (env->ExceptionCheck())
threadExitUncaughtException(env);
#endif
}
}
...
}
A função startVm é chamada no comentário 1 para criar JavaVm, e a função startReg é chamada no comentário 2 para registrar JNI para JavaVm. O código no comentário 3 é usado para encontrar a função principal do ZygoteInit, onde startClass é conhecido como com.android.internal.os.ZygoteInit da função principal do app_main. Nota 4 chama a função principal do ZygoteInit através do JNI. Como a função principal do ZygoteInit é escrita em Java, ela precisa ser chamada através do JNI.
3. Camada de estrutura Java do Zygote
Depois que chamamos a função principal do ZygoteInit por meio do JNI acima, o Zygote entrou na camada da estrutura Java. Nenhum código havia entrado na camada da estrutura Java antes. Em outras palavras, o Zygote criou a camada da estrutura Java.
frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
public static void main(String argv[]) {
...
try {
...
//注册Zygote用的Socket
registerZygoteSocket(socketName);//1
...
//预加载类和资源
preload();//2
...
if (startSystemServer) {
//启动SystemServer进程
startSystemServer(abiList, socketName);//3
}
Log.i(TAG, "Accepting command socket connections");
//等待客户端请求
runSelectLoop(abiList);//4
closeServerSocket();
} catch (MethodAndArgsCaller caller) {
caller.run();
} catch (RuntimeException ex) {
Log.e(TAG, "Zygote died with exception", ex);
closeServerSocket();
throw ex;
}
}
Nota 1 usa a função RegisterZygoteSocket para criar um soquete do lado do servidor. Este soquete é usado para esperar que ActivityManagerService solicite ao Zygote a criação de um novo processo de aplicativo. A Nota 2 é usada para pré-carregar classes e recursos. A Nota 3 é usada para iniciar o processo SystemServer, de modo que os principais serviços do sistema também serão iniciados pelo processo SystemServer. A Nota 4 chama a função runSelectLoop para aguardar solicitações do cliente. A partir disso sabemos que a função principal do ZygoteInit faz principalmente quatro coisas. A seguir analisaremos os eventos principais um por um.
registrarZygoteSocket
Primeiro vamos ver o que a função RegisterZygoteSocket faz
private static void registerZygoteSocket(String socketName) {
if (sServerSocket == null) {
int fileDesc;
final String fullSocketName = ANDROID_SOCKET_PREFIX + socketName;
try {
String env = System.getenv(fullSocketName);
fileDesc = Integer.parseInt(env);
} catch (RuntimeException ex) {
throw new RuntimeException(fullSocketName + " unset or invalid", ex);
}
try {
FileDescriptor fd = new FileDescriptor();
fd.setInt$(fileDesc);
sServerSocket = new LocalServerSocket(fd);//1
} catch (IOException ex) {
throw new RuntimeException(
"Error binding to local socket '" + fileDesc + "'", ex);
}
}
A Nota 1 é usada para criar LocalServerSocket, que é o Socket no lado do servidor. Quando o processo Zygote inicia o processo SystemServer, ele aguardará no Socket deste servidor que ActivityManagerService solicite ao processo Zygote a criação de um novo processo de aplicação.
Inicie o processo SystemServer
A seguir, observe a função startSystemServer, o código é o seguinte.
private static boolean startSystemServer(String abiList, String socketName)
throws MethodAndArgsCaller, RuntimeException {
...
/* Hardcoded command line to start the system server */
/*1*/
String args[] = {
"--setuid=1000",
"--setgid=1000",
"--setgroups=1001,1002,1003,1004,1005,1006,1007,1008,1009,1010,1018,1021,1032,3001,3002,3003,3006,3007,3009,3010",
"--capabilities=" + capabilities + "," + capabilities,
"--nice-name=system_server",
"--runtime-args",
"com.android.server.SystemServer",
};
ZygoteConnection.Arguments parsedArgs = null;
int pid;
try {
parsedArgs = new ZygoteConnection.Arguments(args);//2
ZygoteConnection.applyDebuggerSystemProperty(parsedArgs);
ZygoteConnection.applyInvokeWithSystemProperty(parsedArgs);
/*3*/
pid = Zygote.forkSystemServer(
parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,
parsedArgs.gids,
parsedArgs.debugFlags,
null,
parsedArgs.permittedCapabilities,
parsedArgs.effectiveCapabilities);
} catch (IllegalArgumentException ex) {
throw new RuntimeException(ex);
}
if (pid == 0) {
if (hasSecondZygote(abiList)) {
waitForSecondaryZygote(socketName);
}
handleSystemServerProcess(parsedArgs);//4
}
return true;
}
O código no comentário 1 é usado para criar o array args. Este array é usado para salvar os parâmetros de inicialização para iniciar o SystemServer. Pode-se ver que o ID do usuário e o ID do grupo de usuários do processo SystemServer estão definidos como 1000; e tem grupos de usuários 1001, 1010, 1018 e 1021. , 1032, 3001 3010 permissões; o nome do processo é system_server; o nome da classe iniciada é com.android.server.SystemServer. No comentário 2, encapsule o array args em um objeto Arguments e chame-o para a função forkSystemServer no comentário 3. A nota 3 chama o forkSystemServer do Zygote, que cria principalmente um processo filho no processo atual por meio da função fork. Se o pid retornado for 0, significa que ele é executado no processo filho recém-criado, então execute handleSystemServerProcess na nota 4 para iniciar o SystemServer processo.
executarSelectLoop
Após iniciar o processo SystemServer, finalmente entre na função runSelectLoop, conforme mostrado abaixo.
private static void runSelectLoop(String abiList) throws MethodAndArgsCaller {
ArrayList<FileDescriptor> fds = new ArrayList<FileDescriptor>();
ArrayList<ZygoteConnection> peers = new ArrayList<ZygoteConnection>();
fds.add(sServerSocket.getFileDescriptor());//1
peers.add(null);
while (true) {
StructPollfd[] pollFds = new StructPollfd[fds.size()];
for (int i = 0; i < pollFds.length; ++i) {
//2
pollFds[i] = new StructPollfd();
pollFds[i].fd = fds.get(i);
pollFds[i].events = (short) POLLIN;
}
try {
Os.poll(pollFds, -1);
} catch (ErrnoException ex) {
throw new RuntimeException("poll failed", ex);
}
for (int i = pollFds.length - 1; i >= 0; --i) {
//3
if ((pollFds[i].revents & POLLIN) == 0) {
continue;
}
if (i == 0) {
ZygoteConnection newPeer = acceptCommandPeer(abiList);//4
peers.add(newPeer);
fds.add(newPeer.getFileDesciptor());
} else {
boolean done = peers.get(i).runOnce();//5
if (done) {
peers.remove(i);
fds.remove(i);
}
}
}
}
}
O sServerSocket na nota 1 é o Socket do lado do servidor que criamos na função RegisterZygoteSocket. Chame sServerSocket.getFileDescriptor() para obter o valor do campo fd do Socket e adicione-o à lista fds. Em seguida, o loop infinito é usado para aguardar que ActivityManagerService solicite ao processo Zygote a criação de um novo processo de aplicativo. A Nota 2 transfere as informações armazenadas em fds para o array pollFds por meio de travessia. Por fim, percorra pollFds no comentário 3. Se i==0, significa que o Socket do servidor está conectado ao cliente, ou seja, o processo Zygote atual estabeleceu uma conexão com ActivityManagerService. Em seguida, no comentário 4, obtenha a classe ZygoteConnection por meio da função acceptCommandPeer e adicione-a aos pares da lista de conexões do Socket e, em seguida, adicione o fd do ZygoteConnection à lista fd fds para que a solicitação enviada pelo ActivityManagerService possa ser recebida. Se o valor de i for maior que 0, significa que ActivityManagerService enviou uma solicitação para criar um processo de aplicativo para o processo Zygote e, em seguida, chamou a função runOnce de ZygoteConnection no comentário 5 para criar um novo processo de aplicativo. E após a criação bem-sucedida, esta conexão será limpa dos pares da lista de conexões do soquete e da lista fd fds.
4. Resumo do processo zigoto
O processo de inicialização do Zygote é isso. O processo Zygote fez o seguinte:
1. Crie AppRuntime e chame seu método start para iniciar o processo Zygote.
2. Crie JavaVM e registre JNI para JavaVM.
3. Chame a função principal do ZygoteInit por meio do JNI para entrar na camada da estrutura Java do Zygote.
4. Crie o Socket do servidor por meio da função RegisterZygoteSocket e aguarde a solicitação do ActivityManagerService por meio da função runSelectLoop.
5. Inicie o processo SystemServer.
Materiais de referência
"Análise de cenário do código-fonte do sistema Android"
"Compreensão aprofundada do Android Volume 1"
"Compreensão aprofundada do sistema Android"