理解Android进程创建流程

理解Android进程创建流程,第1张

概述copyfrom: http://gityuan.com/2016/03/26/app-process-create/基于Android6.0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:/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/-ZygoteInit.java-ZygoteConnection.java-RuntimeIni

copy from : http://gityuan.com/2016/03/26/app-process-create/

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:

/frameworks/base/core/java/com/androID/internal/os/    - ZygoteInit.java    - ZygoteConnection.java    - RuntimeInit.java    - Zygote.java/frameworks/base/core/java/androID/os/Process.java/frameworks/base/core/jni/com_androID_internal_os_Zygote.cpp/frameworks/base/core/jni/AndroIDRuntime.cpp/frameworks/base/cmds/app_process/App_main.cpp (内含AppRuntime类)/bionic/libc/bionic/fork.cpp/bionic/libc/bionic/pthread_atfork.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
一. 概述准备知识

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。

进程:每个App在启动前必须先创建一个进程,该进程是由Zygote 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App就运行在一个进程中,除非在AndroIDManifest.xml中配置AndroID:process属性,或通过native代码fork进程。

线程:线程对应用开发者来说非常熟悉,比如每次new Thread().start()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。

在接下来的文章,会涉及到system_server进程和Zygote进程,下面简要这两个进程:

system_server进程:是用于管理整个Java framework层,包含ActivityManager,PowerManager等各种系统服务;Zygote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 system_server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。

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Android系统-开篇。

进程创建图

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:

图解:

App发起进程: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;system_server进程:调用Process.start()方法,通过socket向zygote进程发送创建新进程的请求;zygote进程:在执行ZygoteInit.main()后便进入runSelectLoop()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;新进程:执行handleChildProc方法,最后调用ActivityThread.main()方法。

接下来,依次从system_server进程发起请求Zygote创建进程,再到新进程的运行这3大块展开讲解进程创建是一个怎样的过程。

二. system_server发起请求1. Process.start

[-> Process.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 {         //【见小节2】        return startViaZygote(processClass, nicename, uID, gID, gIDs,                deBUGFlags, mountExternal, targetSdkVersion, seInfo,                abi, instructionSet, appDataDir, zygoteArgs);    } catch (ZygoteStartFailedEx ex) {        throw new RuntimeException("");    }}
2. startViaZygote

[-> Process.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);            }        }         //【见小节3】        return zygoteSendArgsAndGetResult(openZygoteSocketIfNeeded(abi), argsForZygote);    }}

该过程主要工作是生成argsForZygote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。

3. zygoteSendArgsAndGetResult

[-> Process.java]

private static ProcessstartResult zygoteSendArgsAndGetResult( ZygoteState zygoteState, ArrayList<String> args) throws ZygoteStartFailedEx {    try {        //其中zygoteState 【见小节3.1】        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);    }}

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。

3.1 openZygoteSocketIfNeeded
private static ZygoteState openZygoteSocketIfNeeded(String abi) throws ZygoteStartFailedEx {    if (primaryZygoteState == null || primaryZygoteState.isClosed()) {        try {            //向主zygote发起connect() *** 作            primaryZygoteState = ZygoteState.connect(ZYGOTE_SOCKET);        } catch (IOException ioe) {            ...        }    }    if (primaryZygoteState.matches(abi)) {        return primaryZygoteState;    }    if (secondaryZygoteState == null || secondaryZygoteState.isClosed()) {        //当主zygote没能匹配成功,则采用第二个zygote,发起connect() *** 作        secondaryZygoteState = ZygoteState.connect(SECONDARY_ZYGOTE_SOCKET);    }    if (secondaryZygoteState.matches(abi)) {        return secondaryZygoteState;    }    ...}

openZygoteSocketIfNeeded(abi)方法是根据当前的abi来选择与zygote还是zygote64来进行通信。

既然system_server进程的zygoteSendArgsAndGetResult()方法通过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 *** 作便是在Zygote来创建进程【见小节4】

三. Zygote创建进程

文章Android系统启动-zygote篇已介绍,简单来说就是Zygote进程是由由init进程而创建的,进程启动之后调用ZygoteInit.main()方法,经过创建socket管道,预加载资源后,便进程runSelectLoop()方法。

4. ZygoteInit.main

[–>ZygoteInit.java]

public static voID main(String argv[]) {    try {        runSelectLoop(abiList); //【见小节5】        ....    } catch (MethodAndArgsCaller caller) {        caller.run(); //【见小节16】    } catch (RuntimeException ex) {        closeServerSocket();        throw ex;    }}

后续会讲到runSelectLoop()方法会抛出异常MethodAndArgsCaller,从而进入caller.run()方法。

5. runSelectLoop

[-> ZygoteInit.java]

private static voID runSelectLoop(String abiList) throws MethodAndArgsCaller {    ArrayList<fileDescriptor> fds = new ArrayList<fileDescriptor>();    ArrayList<ZygoteConnection> peers = new ArrayList<ZygoteConnection>();    //sServerSocket是socket通信中的服务端,即zygote进程。保存到fds[0]    fds.add(sServerSocket.getfileDescriptor());    peers.add(null);    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 {             //处理轮询状态,当pollFds有事件到来则往下执行,否则阻塞在这里            Os.poll(pollFds, -1);        } catch (ErrnoException ex) {            ...        }        for (int i = pollFds.length - 1; i >= 0; --i) {            //采用I/O多路复用机制,当接收到客户端发出连接请求 或者数据处理请求到来,则往下执行;            // 否则进入continue,跳出本次循环。            if ((pollFds[i].revents & PolliN) == 0) {                continue;            }            if (i == 0) {                //即fds[0],代表的是sServerSocket,则意味着有客户端连接请求;                // 则创建ZygoteConnection对象,并添加到fds。//【见小节5.1】                ZygoteConnection newPeer = acceptCommandPeer(abiList);                peers.add(newPeer);                fds.add(newPeer.getfileDesciptor()); //添加到fds.            } else {                //i>0,则代表通过socket接收来自对端的数据,并执行相应 *** 作【见小节6】                boolean done = peers.get(i).runOnce();                if (done) {                    peers.remove(i);                    fds.remove(i); //处理完则从fds中移除该文件描述符                }            }        }    }}

该方法主要功能:

客户端通过openZygoteSocketIfNeeded()来跟zygote进程建立连接。zygote进程收到客户端连接请求后执行accept();然后再创建ZygoteConnection对象,并添加到fds数组列表;建立连接之后,可以跟客户端通信,进入runOnce()方法来接收客户端数据,并执行进程创建工作。5.1 acceptCommandPeer

[-> ZygoteInit.java]

private static ZygoteConnection acceptCommandPeer(String abiList) {    try {        return new ZygoteConnection(sServerSocket.accept(), abiList);    } catch (IOException ex) {        ...    }}

接收客户端发送过来的connect() *** 作,Zygote作为服务端执行accept() *** 作。 再后面客户端调用write()写数据,Zygote进程调用read()读数据。

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。

6. runOnce

[-> ZygoteConnection.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;        //【见小节7】        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;            //【见小节13】            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);    }}
7. forkAndSpecialize

[-> Zygote.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(); //【见小节8】    int pID = nativeForkAndSpecialize(              uID, gID, gIDs, deBUGFlags, rlimits, mountExternal, seInfo, nicename, fdsToClose,              instructionSet, appDataDir); //【见小节9】    ...    VM_HOOKS.postForkCommon(); //【见小节11】    return pID;}

VM_HOOKS是Zygote对象的静态成员变量:VM_HOOKS = new ZygoteHooks();

7.1 Zygote进程

先说说Zygote进程,如下图:

从图中可知Zygote进程有4个Daemon子线程分别是ReferenceQueueDaemon,FinalizerDaemon,FinalizerWatchdogDaemon,HeapTaskDaemon。图中线程名显示的并不完整是由于底层的进程结构体task_struct是由长度为16的char型数组保存,超过15个字符便会截断。

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VSIZE,virtual size),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。

8. preFork

[-> ZygoteHooks.java]

 public voID prefork() {    Daemons.stop(); //停止4个Daemon子线程【见小节8.1】    waitUntilAllThreadsstopped(); //等待所有子线程结束【见小节8.2】    token = nativePrefork(); //完成gc堆的初始化工作【见小节8.3】}
8.1 Daemons.stop
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}

此处守护线程Stop方式是先调用目标线程interrrupt()方法,然后再调用目标线程join()方法,等待线程执行完成。

8.2 waitUntilAllThreadsstopped
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();    }}
8.3 nativePreFork

nativePreFork通过JNI最终调用如下方法:

[-> dalvik_system_ZygoteHooks.cc]

static jlong ZygoteHooks_nativePreFork(jnienv* env, jclass) {    Runtime* runtime = Runtime::Current();    runtime->PreZygotefork(); // 见下文    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));}

至于runtime->PreZygoteFork的过程:

voID Runtime::PreZygotefork() {    // 堆的初始化工作。这里就不继续再往下追art虚拟机    heap_->PreZygotefork();}

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, 并将线程转换为long型并保存到token

9. nativeForkAndSpecialize

nativeForkAndSpecialize()通过JNI最终调用调用如下方法:

[-> com_androID_internal_os_Zygote.cpp]

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10】    return ForkAndSpecializeCommon(env, uID, gID, gIDs, deBUG_flags,            rlimits, capabilitIEs, capabilitIEs, mount_external, se_info,            se_name, false, fdsToClose, instructionSet, appDataDir);}
10. ForkAndSpecializeCommon

[-> com_androID_internal_os_Zygote.cpp]

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) {  //设置子进程的signal信号处理函数  SetSigChldHandler();  //fork子进程 【见流程10.1】  pID_t pID = fork();  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    }    //在Zygote子进程中,设置信号SIGCHLD的处理器恢复为默认行为    UnsetSigChldHandler();    //等价于调用zygote.callPostForkChildHooks() 【见流程10.2】    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;}
10.1 fork()

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。

父进程中,fork返回新创建的子进程的pID;子进程中,fork返回0;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)

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,fork()后子进程要执行的代码等。 Zygote进程是所有AndroID进程的母体,包括system_server和各个App进程。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。其中下图中Zygote进程的libc、vm、preloaded classes、preloaded resources是如何生成的,可查看另一个文章Android系统启动-zygote篇,见下图:

copy-on-write过程:当父子进程任一方修改内存数据时(这是on-write时机),才发生缺页中断,从而分配新的物理内存(这是copy *** 作)。

copy-on-write原理:写时拷贝是指子进程与父进程的页表都所指向同一个块物理内存,fork过程只拷贝父进程的页表,并标记这些页表是只读的。父子进程共用同一份物理内存,如果父子进程任一方想要修改这块物理内存,那么会触发缺页异常(page fault),linux收到该中断便会创建新的物理内存,并将两个物理内存标记设置为可写状态,从而父子进程都有各自独立的物理内存。

10.1.1 fork.cpp

[-> bionic/fork.cpp]

#define FORK_FLAGS (CLONE_CHILD_SETTID | CLONE_CHILD_CLEARTID | SIGCHLD)int fork() {  __bionic_atfork_run_prepare(); //[见小节2.1.1]  pthread_internal_t* self = __get_thread();  //fork期间,获取父进程pID,并使其缓存值无效  pID_t parent_pID = self->invalIDate_cached_pID();  //系统调用【见小节2.2】  int result = syscall(__NR_clone, FORK_FLAGS, NulL, NulL, NulL, &(self->tID));  if (result == 0) {    self->set_cached_pID(gettID());    __bionic_atfork_run_child(); //fork完成执行子进程回调方法[见小节2.1.1]  } else {    self->set_cached_pID(parent_pID);    __bionic_atfork_run_parent(); //fork完成执行父进程回调方法  }  return result;}

功能说明:在执行syscall的前后都有相应的回调方法。

__bionic_atfork_run_prepare: fork完成前,父进程回调方法__bionic_atfork_run_child: fork完成后,子进程回调方法__bionic_atfork_run_paren: fork完成后,父进程回调方法

以上3个方法的实现都位于bionic/pthread_atfork.cpp。如果有需要,可以扩展该回调方法,添加相关的业务需求。

10.2 Zygote.callPostForkChildHooks

[-> Zygote.java]

private static voID callPostForkChildHooks(int deBUGFlags, boolean isSystemServer, String instructionSet) {    //调用ZygoteHooks.postForkChild()    VM_HOOKS.postForkChild(deBUGFlags, isSystemServer, instructionSet);}

[-> ZygoteHooks.java]

public voID postForkChild(int deBUGFlags, String instructionSet) {    //【见流程10.3】    nativePostForkChild(token, deBUGFlags, instructionSet);    Math.setRandomSeedInternal(System.currentTimeMillis());}

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。

10.3 nativePostForkChild

nativePostForkChild通过JNI最终调用调用如下方法:

[-> dalvik_system_ZygoteHooks.cc]

static voID ZygoteHooks_nativePostForkChild(jnienv* env, jclass, jlong token, jint deBUG_flags, Jstring instruction_set) {    //此处token是由[小节8.3]创建的,记录着当前线程    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10.4】      Runtime::Current()->DIDForkFromZygote(env, action, isa_string.c_str());    } else {      Runtime::Current()->DIDForkFromZygote(env, Runtime::NativeBrIDgeAction::kUnload, nullptr);    }}
10.4 DIDForkFromZygote

[-> Runtime.cc]

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();}

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。

11. postForkCommon

[-> ZygoteHooks.java]

public voID postForkCommon() {    Daemons.start();}public static voID start() {    ReferenceQueueDaemon.INSTANCE.start();    FinalizerDaemon.INSTANCE.start();    FinalizerWatchdogDaemon.INSTANCE.start();    HeapTaskDaemon.INSTANCE.start();}

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。

12. forkAndSpecialize小结

该方法主要功能:

preFork: 停止Zygote的4个Daemon子线程的运行,初始化gc堆;nativeForkAndSpecialize:调用fork()创建新进程,设置新进程的主线程ID,重置gc性能数据,设置信号处理函数等功能。postForkCommon:启动4个Deamon子线程。

其调用关系链:

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

时序图: 点击查看大图

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forkAndSpecialize()后,新创建的App进程便进入handleChildProc()方法,下面的 *** 作运行在App进程。

四. 新进程运行

在前面[流程6]runOnce()过程中调用forkAndSpecialize()创建完新进程后,返回值pID=0(即运行在子进程)继续开始执行handleChildProc()方法。

13. handleChildProc

[-> ZygoteConnection.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14】        RuntimeInit.zygoteInit(parsedArgs.targetSdkVersion,                parsedArgs.remainingArgs, null);    }}
14. zygoteInit

[–>RuntimeInit.java]

public static final voID zygoteInit(int targetSdkVersion, String[] argv, ClassLoader classLoader) throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {    redirectLogStreams(); //重定向log输出    commonInit(); // 通用的一些初始化【见流程14.1】    nativeZygoteInit(); // zygote初始化 【见流程14.2】    applicationInit(targetSdkVersion, argv, classLoader); // 应用初始化【见流程14.3】}
14.1 commonInit

[–>RuntimeInit.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() {        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();}

默认的http User-agent格式,例如:

 "Dalvik/1.1.0 (linux; U; AndroID 6.0.1;LenovoX3c70 Build/LMY47V)".
14.2 nativeZygoteInit

nativeZygoteInit()所对应的jni方法如下:

[–>AndroIDRuntime.cpp]

static voID com_androID_internal_os_RuntimeInit_nativeZygoteInit(jnienv* env, jobject clazz) {    //此处的gCurRuntime为AppRuntime,是在AndroIDRuntime.cpp中定义的    gCurRuntime->onZygoteInit();}
14.2.1 onZygoteInit

[–>app_main.cpp]

virtual voID onZygoteInit() {    sp<Processstate> proc = Processstate::self();    proc->startThreadPool(); //启动新binder线程}
Processstate::self():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 *** 作。startThreadPool()是创建一个新的binder线程,不断进行talkWithDriver().startThreadPool(): 启动Binder线程池, 详见进程的Binder线程池工作过程14.3 applicationInit

[–>RuntimeInit.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) {        return;    }    Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);    //调用startClass的static方法 main() 【见流程15】    invokeStaticMain(args.startClass, args.startArgs, classLoader);}

此处args.startClass为”androID.app.ActivityThread”。

15. invokeStaticMain

[–>RuntimeInit.java]

private static voID invokeStaticMain(String classname, String[] argv, ClassLoader classLoader) throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {    Class<?> cl = Class.forname(classname, true, classLoader);    Method m = cl.getmethod("main", new Class[] { String[].class });    int modifIErs = m.getModifIErs();    ...    //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16】    throw new ZygoteInit.MethodAndArgsCaller(m, argv);}

invokeStaticMain()方法中抛出的异常MethodAndArgsCaller caller,该方法的参数m是指main()方法, argv是指ActivityThread. 根据前面的【流程4】中可知,下一步进入caller.run()方法,也就是MethodAndArgsCaller.run()。

16. MethodAndArgsCaller

[–>ZygoteInit.java]

public static class MethodAndArgsCaller extends Exception implements Runnable {    public voID run() {        try {            //根据传递过来的参数,此处反射调用ActivityThread.main()方法【见流程17】            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);        }    }}

到此,总算是进入到了ActivityThread类的main()方法。

17. ActivityThread.main

[–> ActivityThread.java]

public static voID main(String[] args) {    ...    Environment.initForCurrentUser();    ...    Process.setArgV0("<pre-initialized>");    //创建主线程looper    Looper.prepareMainLooper();    ActivityThread thread = new ActivityThread();    //attach到系统进程    thread.attach(false);    if (sMainThreadHandler == null) {        sMainThreadHandler = thread.getHandler();    }    //主线程进入循环状态    Looper.loop();    throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");}
五. 总结

Process.start()方法是阻塞 *** 作,等待直到进程创建完成并返回相应的新进程pID,才完成该方法。

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:

点击查看大图

上图中,system_server进程通过socket IPC通道向zygote进程通信,zygote在fork出新进程后由于fork调用一次,返回两次,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:

system_server进程(即流程1~3):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;zygote进程(即流程4~12):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: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;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;postForkCommon():在启动之前被暂停的4个Daemon子线程。新进程(即流程13~15):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。

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。

system_server进程等待zygote返回进程创建完成(ZygoteConnection.handleParentProc), 一旦Zygote.forkAndSpecialize()方法执行完成, 那么分道扬镳, zygote告知system_server进程进程已创建, 而子进程继续执行后续的handleChildProc *** 作.

Tips: [小节11]RuntimeInit.java的方法nativeZygoteInit()会调用到onZygoteInit(),这个过程中有startThreadPool()创建Binder线程池。也就是说每个进程无论是否包含任何activity等组件,一定至少会包含一个Binder线程。

总结

以上是内存溢出为你收集整理的理解Android进程创建流程全部内容,希望文章能够帮你解决理解Android进程创建流程所遇到的程序开发问题。

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