主要文件目录:
system/core/init/ - init.cpp - init_parser.cpp - signal_handler.cpp
- property_service.cpp
一、概述
1.启动电源以及系统启动
当按下电源时引导芯片代码从预定义的地方(固化在ROM)开始执行。加载引导程序Boot Loader到RAM中,然后执行。
2.引导程序Boot Loader是在Android操作系统开始运行前的一个小程序,它的主要作用是把系统OS拉起来并运行。
3.Linux内核运行
当内核启动时设置缓存、被保护存储器、计划列表、加载驱动。在内核完成系统设置后,首先在系统文件中寻找init.rc 文件,并启动init进程。
4.init进程启动
init进程做的工作比较多,主要用初始化和启动属性服务,也用来启动Zygote进程。
init进程是Linux系统中用户空间的第一个进程,进程号固定为1。Kernel启动后,在用户空间启动init进程,并调用init中的main()方法执行init进程的职责。对于init进程的功能分为4部分:
- 解析并运行所有的init.rc相关文件
- 根据rc文件,生成相应的设备驱动节点
- 处理子进程的终止(signal方式)
- 提供属性服务的功能
1.main
[-> init.cpp]
int main(int argc, char** argv) { ...//创建一块共享的内存空间,用于属性服务 property_init(); //初始化子进程退出的信号处理函数,并调用epoll_ctl设置signal fd可读的回调函数 signal_handler_init(); //启动属性服务器,此处会调用epoll_ctl设置property fd可读的回调函数 start_property_service();
//解析init.rc文件 init_parse_config_file("/init.rc");//循环等待事件发生 int nr = TEMP_FAILURE_RETRY(epoll_wait(epoll_fd, &ev, 1, timeout)); if (nr == -1) { ERROR("epoll_wait failed: %s\n", strerror(errno)); } else if (nr == 1) { ((void (*)()) ev.data.ptr)(); } } return 0; }
init进程执行完成后进入循环等待epoll_wait的状态。
二、rc文件语法
rc文件语法是以行为单位,以空格间隔的语法,以#开始代表注释行。rc文件主要包含Action、Service、Command、Options,其中对于Action和Service的名称都是唯一的,对于重复的命名视为无效。
1.Action
Action: 通过触发器trigger,即以on开头的语句来决定执行相应的service的时机,具体有如下时机:
- on early-init; 在初始化早期阶段触发;
- on init; 在初始化阶段触发;
- on late-init; 在初始化晚期阶段触发;
- on boot/charger: 当系统启动/充电时触发,还包含其他情况,此处不一一列举;
- on property:<key>=<value>: 当属性值满足条件时触发;
2. Service
服务Service,以 service开头,由init进程启动,一般运行在init的一个子进程,所以启动service前需要判断对应的可执行文件是否存在。init生成的子进程,定义在rc文件,其中每一个service在启动时会通过fork方式生成子进程。
例如: service servicemanager /system/bin/servicemanager
代表的是服务名为servicemanager,服务执行的路径为/system/bin/servicemanager。
3. Command
常用的命令
- class_start <service_class_name>: 启动属于同一个class的所有服务;
- start <service_name>: 启动指定的服务,若已启动则跳过;
- stop <service_name>: 停止正在运行的服务
- setprop <name> <value>:设置属性值
- mkdir <path>:创建指定目录
- symlink <target> <sym_link>: 创建连接到<target>的<sym_link>符号链接;
- write <path> <string>: 向文件path中写入字符串;
- exec: fork并执行,会阻塞init进程直到程序完毕;
- exprot <name> <name>:设定环境变量;
- loglevel <level>:设置log级别
4.Options
Options是Service的可选项,与service配合使用
- disabled: 不随class自动启动,只有根据service名才启动;
- oneshot: service退出后不再重启;
- user/group: 设置执行服务的用户/用户组,默认都是root;
- class:设置所属的类名,当所属类启动/退出时,服务也启动/停止,默认为default;
- onrestart:当服务重启时执行相应命令;
- socket: 创建名为
/dev/socket/<name>
的socket - critical: 在规定时间内该service不断重启,则系统会重启并进入恢复模式
default: 意味着disabled=false,oneshot=false,critical=false。
三、启动服务
1.服务启动(Zygote)
在init.zygote.rc文件中,zygote服务定义如下:
service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server class main socket zygote stream 660 root system onrestart write /sys/android_power/request_state wake onrestart write /sys/power/state on onrestart restart media onrestart restart netd
Zygote服务会随着main class的启动而启动,退出后会由init重启zygote,即使多次重启也不会进入recovery模式。zygote所对应的可执行文件是/system/bin/app_process。
流程如下:
2. 服务重启
当init子进程退出时,会产生SIGCHLD信号,并发送给init进程,通过socket套接字传递数据,调用到wait_for_one_process()方法,根据是否是oneshot,来决定是重启子进程,还是放弃启动。
所有的Service里面只有servicemanager ,zygote ,surfaceflinger这3个服务有onrestart
关键字来触发其他service启动过程。
//zygote可触发media、netd重启 service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server class main socket zygote stream 660 root system onrestart write /sys/android_power/request_state wake onrestart write /sys/power/state on onrestart restart media onrestart restart netd //servicemanager可触发healthd、zygote、media、surfaceflinger、drm重启 service servicemanager /system/bin/servicemanager class core user system group system critical onrestart restart healthd onrestart restart zygote onrestart restart media onrestart restart surfaceflinger onrestart restart drm //surfaceflinger可触发zygote重启 service surfaceflinger /system/bin/surfaceflinger class core user system group graphics drmrpc onrestart restart zygote
由上可知:
- zygote:触发media、netd以及子进程(包括system_server进程)重启;
- system_server: 触发zygote重启;
- surfaceflinger:触发zygote重启;
- servicemanager: 触发zygote、healthd、media、surfaceflinger、drm重启
所以,surfaceflinger,servicemanager,zygote自身以及system_server进程被杀都会触发Zygote重启。
四、Zygote
Zygote是由init进程通过解析init.zygote.rc文件而创建的,zygote所对应的可执行程序app_process,所对应的源文件是App_main.cpp,进程名为zygote。
从App_main()开始,Zygote启动过程的函数调用类大致流程如下:
五、Zygote启动过程
1. App_main.main
[-> App_main.cpp]
int main(int argc, char* const argv[]) { //传到的参数argv为“-Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server” AppRuntime runtime(argv[0], computeArgBlockSize(argc, argv)); //设置进程名 if (!niceName.isEmpty()) { runtime.setArgv0(niceName.string()); set_process_name(niceName.string()); } if (zygote) { // 启动AppRuntime runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote); } else if (className) { runtime.start("com.android.internal.os.RuntimeInit", args, zygote); } else { //没有指定类名或zygote,参数错误 return 10; } }
2.start
[-> AndroidRuntime.cpp]
void AndroidRuntime::start(const char* className, const Vector<String8>& options, bool zygote) { static const String8 startSystemServer("start-system-server");// 虚拟机创建 if (startVm(&mJavaVM, &env, zygote) != 0) { return; } onVmCreated(env); // JNI方法注册 if (startReg(env) < 0) { return; }//将"com.android.internal.os.ZygoteInit"转换为"com/android/internal/os/ZygoteInit" char* slashClassName = toSlashClassName(className); jclass startClass = env->FindClass(slashClassName); if (startClass == NULL) { ... } else { jmethodID startMeth = env->GetStaticMethodID(startClass, "main", "([Ljava/lang/String;)V"); // 调用ZygoteInit.main()方法 env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray); } }
六. 进入Java层
AndroidRuntime.start()执行到最后通过反射调用到ZygoteInit.main()
1. ZygoteInit.main
[–>ZygoteInit.java]
public static void main(String argv[]) { try { ... registerZygoteSocket(socketName); //为Zygote注册socket preload(); // 预加载类和资源 if (startSystemServer) { startSystemServer(abiList, socketName);//启动system_server } runSelectLoop(abiList); //进入循环模式 closeServerSocket(); } catch (MethodAndArgsCaller caller) { caller.run(); //启动system_server } catch (RuntimeException ex) { closeServerSocket(); throw ex; } }
在异常捕获后调用的方法caller.run()
2. preload
[–>ZygoteInit.java]
static void preload() { //预加载位于/system/etc/preloaded-classes文件中的类 preloadClasses(); //预加载资源,包含drawable和color资源 preloadResources(); //预加载OpenGL preloadOpenGL(); //通过System.loadLibrary()方法, //预加载"android","compiler_rt","jnigraphics"这3个共享库 preloadSharedLibraries(); //预加载 文本连接符资源 preloadTextResources(); //仅用于zygote进程,用于内存共享的进程 WebViewFactory.prepareWebViewInZygote(); }
3. startSystemServer
[–>ZygoteInit.java]
private static boolean startSystemServer(String abiList, String socketName) throws MethodAndArgsCaller, RuntimeException {//参数准备 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", "--capabilities=" + capabilities + "," + capabilities, "--nice-name=system_server", "--runtime-args", "com.android.server.SystemServer", }; ZygoteConnection.Arguments parsedArgs = null; int pid; try { //用于解析参数,生成目标格式 parsedArgs = new ZygoteConnection.Arguments(args); ZygoteConnection.applyDebuggerSystemProperty(parsedArgs); ZygoteConnection.applyInvokeWithSystemProperty(parsedArgs); // fork子进程,用于运行system_server pid = Zygote.forkSystemServer( parsedArgs.uid, parsedArgs.gid, parsedArgs.gids, parsedArgs.debugFlags, null, parsedArgs.permittedCapabilities, parsedArgs.effectiveCapabilities); } catch (IllegalArgumentException ex) { throw new RuntimeException(ex); } //进入子进程system_server if (pid == 0) { if (hasSecondZygote(abiList)) { waitForSecondaryZygote(socketName); } // 完成system_server进程剩余的工作 handleSystemServerProcess(parsedArgs); } return true; }
准备参数并fork新进程,从上面可以看出system server进程参数信息为uid=1000,gid=1000,进程名为sytem_server,从zygote进程fork新进程后,需要关闭zygote原有的socket。
4. 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。 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,并执行相应操作 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 } } } } }
Zygote采用高效的I/O多路复用机制,保证在没有客户端连接请求或数据处理时休眠,否则响应客户端的请求。
5. 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) { ... return true; } ... 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); 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; //进入子进程流程 handleChildProc(parsedArgs, descriptors, childPipeFd, newStderr); 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); } }
七、总结
Zygote启动过程的调用流程图:
- 解析init.zygote.rc中的参数,创建AppRuntime并调用AppRuntime.start()方法;
- 调用AndroidRuntime的startVM()方法创建虚拟机,再调用startReg()注册JNI函数;
- 通过JNI方式调用ZygoteInit.main(),第一次进入Java世界;
- registerZygoteSocket()建立socket通道,zygote作为通信的服务端,用于响应客户端请求;
- preload()预加载通用类、drawable和color资源、openGL以及共享库以及WebView,用于提高app启动效率;
- zygote完毕大部分工作,接下来再通过startSystemServer(),fork得力帮手system_server进程,也是上层framework的运行载体。
- zygote功成身退,调用runSelectLoop(),随时待命,当接收到请求创建新进程请求时立即唤醒并执行相应工作。