之前花過一段時(shí)間整理了下Android系統(tǒng)啟動(dòng)、Activity啟動(dòng)以及ActivityThread等系統(tǒng)內(nèi)容伏嗜。時(shí)間久遠(yuǎn)坛悉，很多細(xì)節(jié)都忘了，本著互聯(lián)共享的精神承绸，在這里把之前的文檔重新整理裸影。計(jì)劃寫三篇文章：《夢(mèng)幻曲：Android系統(tǒng)啟動(dòng)》，《沉思曲：Activity啟動(dòng)》军熏、《小夜曲：ActivityThread分析》轩猩，一家之言難免有各種問題，僅供參考荡澎。
參考 | http://blog.csdn.net/jeffbao/article/details/18242515

概念

Dalvik虛擬機(jī)

當(dāng)java程序運(yùn)行時(shí)均践，都是有一個(gè)虛擬機(jī)來解釋java的字節(jié)碼，它將這些字節(jié)碼翻譯成本地CPU的指令碼摩幔，然后執(zhí)行彤委。

AndroidRuntime

歸納起來的意思就是，Runtime 是支撐程序運(yùn)行的基礎(chǔ)庫或衡，它是與語言綁定在一起的焦影。比如：

• C Runtime：就是C standard lib，也就是我們常說的libc封断。（有意思的是斯辰， Wiki會(huì)自動(dòng)將“C runtime" 重定向到 "C Standard Library")。
• Java Runtime: 同樣坡疼，Wiki將其重定向到” Java Virtual Machine"彬呻，這里當(dāng)然包括Java 的支撐類庫（.jar)。
• AndroidRuntime: 顯而易見柄瑰，就是為Android應(yīng)用運(yùn)行所需的運(yùn)行時(shí)環(huán)境废岂。包括：
  • Dalvik VM: Android的Java VM，解釋運(yùn)行Dex格式Java程序狱意。每個(gè)進(jìn)程運(yùn)行一個(gè)虛擬機(jī)（什么叫運(yùn)行虛擬機(jī)湖苞？說白了，就是一些C代碼详囤，不停的去解釋Dex格式的二進(jìn)制碼(Bytecode)财骨，把它們轉(zhuǎn)成機(jī)器碼(Machine code)，然后執(zhí)行藏姐。
    • 當(dāng)然隆箩，現(xiàn)在大多數(shù)的Java 虛擬機(jī)都支持JIT，也就是說羔杨，byte code可能在運(yùn)行前就已經(jīng)被轉(zhuǎn)換成機(jī)器碼捌臊，從而大大提高了性能。過去一個(gè)普遍的認(rèn)識(shí)是Java 程序比C兜材，C++等靜態(tài)編譯的語言慢理澎，但隨著JIT的介入和發(fā)展逞力，這個(gè)已經(jīng)完全是過去時(shí)了，JIT的動(dòng)態(tài)性運(yùn)行允許虛擬機(jī)根據(jù)運(yùn)行時(shí)環(huán)境糠爬，優(yōu)化機(jī)器碼的生成寇荧，在某些情況下，Java甚至可以比C/C++跑得更快执隧，同時(shí)又兼具平臺(tái)無關(guān)的特性揩抡，這也是為什么Java如今如此流行的原因之一吧）。
  • Android的Java 類庫, 大部分來自于 Apache Hamony, 開源的Java API 實(shí)現(xiàn)镀琉，如 java.lang, java.util, java.net. 但去除了AWT, Swing 等部件峦嗤。
  • JNI: C和Java互調(diào)的接口。
  • Libc: Android也有很多C代碼屋摔，自然少不了libc烁设，注意的是，Android的libc叫 bionic C.

圖

框架圖

在往下講之前凡壤，先看下框架圖：

框架圖.png

代碼流程圖

Android系統(tǒng)啟動(dòng)流程圖.png

init進(jìn)程

init進(jìn)程的啟動(dòng)配置在init.rc文件中署尤，
note：init.rc文件的語法可參考：init.rc分析

1.1、init進(jìn)程啟動(dòng)ServiceManager

/*service后第一個(gè)參數(shù)為進(jìn)程名亚侠，第二個(gè)參數(shù)為進(jìn)程路徑曹体，后面參數(shù)為啟動(dòng)改進(jìn)程傳遞的參數(shù)*/

//service關(guān)鍵字啟動(dòng)servicemanager
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

• Servicemanager負(fù)責(zé)管理所有的服務(wù)(native service、java service)硝烂，如服務(wù)的注冊(cè)箕别、查找等。
• native service主要有： surfaceflinger滞谢、drm串稀、media等。
• java service主要有：ActivityManagerService狮杨、WindowManagerService母截、PowerManagerService等。
• 其中橄教，native service大多在init.rc文件中由service關(guān)鍵字創(chuàng)建啟動(dòng)清寇；java service大多由zygote創(chuàng)建啟動(dòng)。

1.2护蝶、init進(jìn)程啟動(dòng)Zygote

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

• 由service第二個(gè)參數(shù)可知华烟，此處啟動(dòng)的進(jìn)程為zygote進(jìn)程，并由app_process實(shí)現(xiàn)持灰。
• zygote由java編寫盔夜，不能有init進(jìn)程直接啟動(dòng)；必須先生成Dalvik虛擬機(jī)，再在Dalvik虛擬機(jī)中裝載zygote的實(shí)現(xiàn)類(ZygoteInit.java)喂链。

Zygote進(jìn)程

在往下講Zygote進(jìn)程前返十，先看附圖，了解下Zygote都做啥了：

Zygote.png

Zygote進(jìn)程的入口在app_main.cpp文件的main方法中衩藤，看下其main方法

2.1 main | app_main.cpp

int main(int argc, char* const argv[])
{
 ...
  //解析入?yún)陕颂幦雲(yún)椤?-zygote --start-system-server”
  while (i < argc) {
      const char* arg = argv[i++];
      if (!parentDir) {
          parentDir = arg;
      } else if (strcmp(arg, "--zygote") == 0) {
          zygote = true;
          niceName = "zygote";
      } else if (strcmp(arg, "--start-system-server") == 0) {
          startSystemServer = true;
      } else if (strcmp(arg, "--application") == 0) {
          application = true;
      } else if (strncmp(arg, "--nice-name=", 12) == 0) {
          niceName = arg + 12;
      } else {
          className = arg;
          break;
      }
  }

  //設(shè)置進(jìn)程名
  if (niceName && *niceName) {
      setArgv0(argv0, niceName);
      set_process_name(niceName);
  }

  runtime.mParentDir = parentDir;

  if (zygote) {
      //start生成并初始化Dalvik虛擬機(jī)涛漂，并加載ZygoteInit類到虛擬機(jī)中
      runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit",
              startSystemServer ? "start-system-server" : "");
  } else if (className) {
      runtime.mClassName = className;
      runtime.mArgC = argc - i;
      runtime.mArgV = argv + i;
      //加載RuntimeInit類到虛擬機(jī)中
      runtime.start("com.android.internal.os.RuntimeInit",
              application ? "application" : "tool");
  } else {
      app_usage();
      return 10;
  }
}

• 入?yún)椤?-zygote --start-system-server”赏表，通過調(diào)用runtime.start創(chuàng)建和生成Dalvik虛擬機(jī)，并加載ZygoteInit類到虛擬機(jī)中匈仗。
• 加載ZygoteInit類瓢剿，調(diào)用其main方法，啟動(dòng)SystemServer悠轩。

2.2间狂、main | ZygoteInit.java

public static void main(String argv[]) {
   try {
      //注冊(cè)server socket
      //其它進(jìn)程的創(chuàng)建,通過連接到該Socket后，由zygote孵化
      registerZygoteSocket();

      ...
      //預(yù)加載android framework類和資源
      preload();

      ...
      if (argv[1].equals("start-system-server")) {
          //啟動(dòng)SystemServer
          startSystemServer();
      } else if (!argv[1].equals("")) {
          throw new RuntimeException(argv[0] + USAGE_STRING);
      }

      //死循環(huán)接收client socket連接火架，由此創(chuàng)建新進(jìn)程
      runSelectLoop();

      closeServerSocket();
  } catch (MethodAndArgsCaller caller) {
      caller.run();
  } catch (RuntimeException ex) {
      closeServerSocket();
      throw ex;
  }
}

• 入?yún)?start-system-server"鉴象，Zygote進(jìn)程調(diào)用 startSystemServer()方法啟動(dòng)SystemServer。

2.3何鸡、startSystemServer

startSystemServer方法在ZygoteInit.java中纺弊，看方法名是要啟動(dòng)SystemServer進(jìn)程了。

private static boolean startSystemServer()
        throws MethodAndArgsCaller, RuntimeException {
   ...
    //啟動(dòng)systemServer的參數(shù)
    String args[] = {
        "--setuid=1000",
        "--setgid=1000",
        "-- setgroups=1001,1002,1003,1004,1005,1006,1007,1008,1009,1010,1018,1032,3001,3002,3003,3006,3007",
        "--capabilities=" + capabilities + "," + capabilities,
        "--runtime-init",
        "--nice-name=system_server",
        //啟動(dòng)的SystemServer全限定名骡男，后續(xù)根據(jù)該參數(shù)反射創(chuàng)建實(shí)例
        "com.android.server.SystemServer",
    };
    ZygoteConnection.Arguments parsedArgs = null;

    int pid;
    try {
        /**
         * 將傳入?yún)?shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換
         * 注意：參數(shù)com.android.server.SystemServer 放在parsedArgs中的remainingArgs里
         */
        parsedArgs = new ZygoteConnection.Arguments(args);
        ZygoteConnection.applyDebuggerSystemProperty(parsedArgs);
        ZygoteConnection.applyInvokeWithSystemProperty(parsedArgs);

        //Zygote為SystemServer創(chuàng)建子進(jìn)程
        pid = Zygote.forkSystemServer(
                parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,
                parsedArgs.gids,
                parsedArgs.debugFlags,
                null,
                parsedArgs.permittedCapabilities,
                parsedArgs.effectiveCapabilities);
    } catch (IllegalArgumentException ex) {
        throw new RuntimeException(ex);
    }

    //子進(jìn)程執(zhí)行
    if (pid == 0) {
        handleSystemServerProcess(parsedArgs);
    }
    return true;
}

• Zygote為SystemServer創(chuàng)建新進(jìn)程淆游，并在新進(jìn)程中調(diào)用handleSystemServerProcess。

SystemServer進(jìn)程

上一步中調(diào)用了handleSystemServerProcess方法隔盛。

3.1犹菱、handleSystemServerProcess

該方法在ZygoteInit.java文件中

private static void handleSystemServerProcess(
        ZygoteConnection.Arguments parsedArgs)
        throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {

    //關(guān)閉SystemServer進(jìn)程的serversocket
    //SystemServer進(jìn)程基礎(chǔ)了父進(jìn)程zygote所有資源
    closeServerSocket();

    //設(shè)置文件權(quán)限
    Libcore.os.umask(S_IRWXG | S_IRWXO);

    //設(shè)置新進(jìn)程名
    if (parsedArgs.niceName != null) {
        Process.setArgV0(parsedArgs.niceName);
    }

    if (parsedArgs.invokeWith != null) {
        WrapperInit.execApplication(parsedArgs.invokeWith,
                parsedArgs.niceName, parsedArgs.targetSdkVersion,
                null, parsedArgs.remainingArgs);
    } else {
        //remainArgs中包含SystemServer的全限定名：com.android.server.SystemServer     
        RuntimeInit.zygoteInit(parsedArgs.targetSdkVersion, parsedArgs.remainingArgs);
    }
}

• 新進(jìn)程中接著調(diào)用RuntimeInit.zygoteInit方法

3.2、RuntimeInit.zygoteInit

RuntimeInit.zygoteInit為靜態(tài)方法吮炕，在RuntimeInit.java文件中腊脱。

public static final void zygoteInit(int targetSdkVersion, String[] argv)
        throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
    if (DEBUG) Slog.d(TAG, "RuntimeInit: Starting application from zygote");

    redirectLogStreams();

    commonInit();
    nativeZygoteInit();

    //調(diào)用該方法，往下執(zhí)行
    applicationInit(targetSdkVersion, argv);
}

3.3龙亲、applicationInit

上方法接著調(diào)用了applicationInit方法陕凹，該方法在RuntimeInit.java文件中。

private static void applicationInit(int targetSdkVersion, String[] argv)
        throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
    //應(yīng)用調(diào)用System.exit(),退出進(jìn)程
    nativeSetExitWithoutCleanup(true);

    //設(shè)置堆
    VMRuntime.getRuntime().setTargetHeapUtilization(0.75f);
    VMRuntime.getRuntime().setTargetSdkVersion(targetSdkVersion);

    final Arguments args;
    try {
        args = new Arguments(argv);
    } catch (IllegalArgumentException ex) {
        Slog.e(TAG, ex.getMessage());
        return;
    }
  
    //創(chuàng)建args.startClass實(shí)例俱笛，并調(diào)用其main方法
    invokeStaticMain(args.startClass, args.startArgs);
}

• 該方法接著調(diào)用invokeStaticMain方法捆姜，注意：此處args.startClass為com.android.server.SystemServer

3.4、invokeStaticMain

上方法接著調(diào)用了invokeStaticMain方法迎膜，該方同樣在RuntimeInit.java中泥技。看方法名磕仅，似乎是反射調(diào)用main方法珊豹。

private static void invokeStaticMain(String className, String[] argv)
        throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
    Class<?> cl;
    try {
        //全限定名簸呈，此處傳入為"com.android.server.SystemServer"
        cl = Class.forName(className);
    }
    ...

    Method m;
    try {
        //main方法
        m = cl.getMethod("main", new Class[] { String[].class });
    }
    ...

    int modifiers = m.getModifiers();
    if (! (Modifier.isStatic(modifiers) && Modifier.isPublic(modifiers))) {
        throw new RuntimeException(
                "Main method is not public and static on " + className);
    }

    /**
     * 該異常會(huì)在ZygoteInit.main()中被捕獲，
     * 捕獲后會(huì)觸發(fā)MethodAndArgsCaller的run()方法店茶，
     * run方法中完成類main方法的調(diào)用
     */
    throw new ZygoteInit.MethodAndArgsCaller(m, argv);
}

• 該方法最后通過拋異常的方式蜕便，拋出異常MethodAndArgsCaller；該異常被Zygote捕獲贩幻，捕獲后調(diào)用該異常的run方法轿腺，而在run放中完成類main方法的調(diào)用。
• 因此丛楚，該步最后調(diào)用SystemServer的main方法族壳。

3.5、main | SystemServer.java

終于調(diào)用SystemServer的main方法了趣些，看下其java層代碼主要干啥了仿荆。

public static void main(String[] args) {
    ...
    //SystemServer需要一直運(yùn)行，因此它需要有效的利用內(nèi)存
    VMRuntime.getRuntime().setTargetHeapUtilization(0.8f);

    Environment.setUserRequired(true);
    System.loadLibrary("android_servers");
   
    //初始化native服務(wù)
    nativeInit();

    //ServerThread并非Thread坏平，它只是運(yùn)行在SystemServer進(jìn)程的主線程中
    ServerThread thr = new ServerThread();
    //調(diào)用該方法初始化和循環(huán)處理
    thr.initAndLoop();
}

3.6拢操、initAndLoop

上面方法的主要內(nèi)容在initAndLoop方法中，該方法是SystemServer的內(nèi)部類ServerThread的方法舶替。

public void initAndLoop() {
    ...
    //main looper
    Looper.prepareMainLooper();
    ...

    try {
        //啟動(dòng)DisplayManagerService服務(wù)令境，并注冊(cè)到ServiceManager
        display = new DisplayManagerService(context, wmHandler);
        ServiceManager.addService(Context.DISPLAY_SERVICE, display, true);

        //啟動(dòng)TelephonyRegistry服務(wù)，并注冊(cè)到ServiceManager
        telephonyRegistry = new TelephonyRegistry(context);
        ServiceManager.addService("telephony.registry", telephonyRegistry);
      
        //啟動(dòng)其它服務(wù)坎穿，并注冊(cè)到ServiceManager
        ...

        //啟動(dòng)ActivityManagerService
        ActivityManagerService.setSystemProcess();

        //啟動(dòng)其它服務(wù)展父，并注冊(cè)到ServiceManager
        ...

    //調(diào)用ActivityManagerService的systemReady方法，啟動(dòng)Launcher
    ActivityManagerService.self().systemReady(new Runnable() {
        public void run() {
            ... 
            //開始系統(tǒng)啟動(dòng)畫面
            if (!headless) {
                startSystemUi(contextF);
            }
           ...
    });

    //不停的從消息隊(duì)列中獲取消息
    Looper.loop();
}

• initAndLoop方法中玲昧，SystemServer主要負(fù)責(zé)啟動(dòng)各種服務(wù)栖茉，并將啟動(dòng)的服務(wù)注冊(cè)到ServiceManager中。
• 上方法中注意ActivityManagerService的啟動(dòng)孵延，可知：
  • AMS在SystemServier進(jìn)程中運(yùn)行吕漂；
  • SystemServer調(diào)用AMS的systemReady方法來啟動(dòng)系統(tǒng)UI了;

插話

上面講完SystemServer進(jìn)程創(chuàng)建后，下一部分就是應(yīng)用進(jìn)程創(chuàng)建了尘应，這部分內(nèi)容在后面文章展開惶凝，這里貼副圖簡單描述下Zygote是如何創(chuàng)建應(yīng)用進(jìn)程的。改圖以Zygote創(chuàng)建Launcher進(jìn)程為例：

zygote創(chuàng)建應(yīng)用進(jìn)程.png

總結(jié)

回顧整篇內(nèi)容犬钢，可以用下圖做個(gè)簡單描述：

總結(jié).png

本文從init進(jìn)程啟動(dòng)出發(fā)苍鲜，沿著zygote進(jìn)程、SystemServer進(jìn)程創(chuàng)建流程分析了Android系統(tǒng)啟動(dòng)玷犹，其中內(nèi)容無非是這么幾點(diǎn)：

• init進(jìn)程創(chuàng)建了Zygote進(jìn)程
• Zygote進(jìn)程孵化創(chuàng)建了SystemServer進(jìn)程
• SystemServer進(jìn)程啟動(dòng)了Android常見的系統(tǒng)服務(wù)混滔，如AMS、PMS等。及SystemServer可理解為應(yīng)用與之交互的遠(yuǎn)程服務(wù)端坯屿。
• 已知Android的每個(gè)進(jìn)程都與一個(gè)VM關(guān)聯(lián)油湖，上面代碼未展開描述，但可概括為：VM由Zygote創(chuàng)建领跛，Zygote每創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程乏德，就為為該進(jìn)程拷貝一份VM實(shí)例，從而實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)吠昭。

在后面的兩篇文章中喊括，會(huì)從Activity啟動(dòng)角度出發(fā)，分析Zygote是如何創(chuàng)建應(yīng)用進(jìn)程怎诫，以及ActivityThread有如何使主線程等問題瘾晃。