Android系统启动之一-启动Zygote

Zygote 中文翻译受精卵，顾名思义是细胞分裂的起点。

在 Android 系统中，通常每个应用程序都运行在单独的进程中，每个进程有自己的 Java 虚拟机，而进程和虚拟机就是由 Zygote 创建孵化出来的。

由下图的 Activity 启动栈可以看出，Zygote 就是 Java 堆栈的起点。

Zygote 的作用

• 启动 Java 虚拟机；

• 加载常用类、JNI 函数、主题资源、共享库；

• 创建应用进程；

• 启动 SystemServer

创建 Zygote

init 进程

Linux 系统在启动的时候，会创建一个 init 进程，进程会读取 init.rc 配置文件运行一些初始化脚本，类似于在 Windows 下的开始->启动菜单。

这里需要使用 Android 模拟器或者可以 root 的手机获取 root 权限才能看到。

还有一个 init.zygote32.rc 文件（64 位就是 init.zygote64_32.rc），是 zygote 的启动脚本，会被 init.rc 调用。

/init.rc

import /init.usb.rc
import /init.${ro.hardware}.rc
import /vendor/etc/init/hw/init.${ro.hardware}.rc
import /init.usb.configfs.rc
import /init.${ro.zygote}.rc

...

# to start-zygote in device's init.rc to unblock zygote start.
on zygote-start && property:ro.crypto.state=unencrypted
    # A/B update verifier that marks a successful boot.
    exec_start update_verifier_nonencrypted
    start netd
    start zygote
    start zygote_secondary

...

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/init.zygote32.rc

真正启动 zygote 的是一个 /system/bin/app_process 程序。

service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server
    class main
    priority -20
    user root
    group root readproc reserved_disk
    socket zygote stream 660 root system
    onrestart write /sys/android_power/request_state wake
    onrestart write /sys/power/state on
    onrestart restart audioserver
    onrestart restart cameraserver
    onrestart restart media
    onrestart restart netd
    onrestart restart wificond
    writepid /dev/cpuset/foreground/tasks
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app_process

app_process的源码在 frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp 。

C++ 应用程序，直接找 main 入口，这里主要做了 3 件事：

1. 创建 AndroidRuntime 类；
2. 输入参数给 runtime；
3. 修改进程名为 zygote
4. 启动 runtime 的 start 方法。

int main(int argc, char* const argv[])
{
  ...
  //创建 AppRuntime 类，继承于 AndroidRuntime，重写做一些回调
  AppRuntime runtime(argv[0], computeArgBlockSize(argc, argv));
  ...
  //解析输入参数
  ...
  if (!niceName.isEmpty()) {
      //进程名设置为zygote
      runtime.setArgv0(niceName.string(), true /* setProcName */);
  }
  if (zygote) {
      // 作为 zygote 进程启动的，走这个分支
      runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote);
  } else if (className) {
// fork出来的其他进程走这里
      runtime.start("com.android.internal.os.RuntimeInit", args, zygote);
  } else {
      ...
  }
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AndroidRuntime.cpp

源码： frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp

在 start 方法里主要做了几件事：

1. 启动 Java 虚拟机；
2. 注册相关 Android Native 函数；
3. 启动 Java main 主线程。

/*
 * Start the Android runtime.  This involves starting the virtual machine
 * and calling the "static void main(String[] args)" method in the class
 * named by "className".
 *
 * Passes the main function two arguments, the class name and the specified
 * options string.
 */
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;
    //启动 Java 虚拟机
    if (startVm(&mJavaVM, &env, zygote) != 0) {
        return;
    }
    onVmCreated(env);

    ...

    /*
     * 注册相关 Android Native 函数
     * Register android functions.
     */
    if (startReg(env) < 0) {
        ALOGE("Unable to register all android natives/n");
        return;
    }

    ...

    /*
     * 反射调用 ZygoteInit/RuntimeInit 的 main 方法，会在虚拟机里创建一个无限循环的主线程
     *
     * Start VM.  This thread becomes the main thread of the VM, and will
     * not return until the VM exits.
     */
    char* slashClassName = toSlashClassName(className != NULL ? className : "");
    jclass startClass = env->FindClass(slashClassName);
    if (startClass == NULL) {
        ALOGE("JavaVM unable to locate class '%s'/n", slashClassName);
        /* keep going */
    } else {
        jmethodID startMeth = env->GetStaticMethodID(startClass, "main",
            "([Ljava/lang/String;)V");
        if (startMeth == NULL) {
            ALOGE("JavaVM unable to find main() in '%s'/n", className);
            /* keep going */
        } else {
            env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);
        }
    }

    free(slashClassName);

    ALOGD("Shutting down VM/n");
    if (mJavaVM->DetachCurrentThread() != JNI_OK)
        ALOGW("Warning: unable to detach main thread/n");
    if (mJavaVM->DestroyJavaVM() != 0)
        ALOGW("Warning: VM did not shut down cleanly/n");
}
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调用完 ZygoteInit 类的 main 函数后，就开始交由 Java 端来构建 Android 的运行环境了。

Zygote 的初始化

ZygoteInit.main

源码： frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java

在 ZygoteInit 入口 main 函数，主要工作：

1. 预加载资源和类；
2. fork创建 SystemServer 进程（第一次启动）；
3. 在 zygote 进程开启 socket 监听，等待接收 SystemServer 的远程调用。

/**
 * This is the entry point for a Zygote process.  It creates the Zygote server, loads resources,
 * and handles other tasks related to preparing the process for forking into applications.
 * ...
 */
public static void main(String argv[]) {
try{
	 ZygoteServer zygoteServer = null;
	 ...
	 Runnable caller;
	 ...
	 if (!enableLazyPreload) {
        //预加载一些资源和类
        preload(bootTimingsTraceLog);
     }
     ...
     zygoteServer = new ZygoteServer(isPrimaryZygote);
     if (startSystemServer) {

     	// 第一次启动，创建系统 SystemServer 进程
         Runnable r = forkSystemServer(abiList, zygoteSocketName, zygoteServer);

         // {@code r == null} in the parent (zygote) process, and {@code r != null} in the
         // child (system_server) process.
         if (r != null) {
             r.run();
             return;
         }
     }

     Log.i(TAG, "Accepting command socket connections");

     // The select loop returns early in the child process after a fork and
     // loops forever in the zygote.
     // 开启循环监听 Socket 消息
     aller = zygoteServer.runSelectLoop(abiList);
} catch (Throwable ex) {
    Log.e(TAG, "System zygote died with exception", ex);
    throw ex;
} finally {
    if (zygoteServer != null) {
        zygoteServer.closeServerSocket();
    }
}
// We're in the child process and have exited the select loop. Proceed to execute the
// command.
if (caller != null) {
    caller.run();
  }
}
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ZygoteInit.forkSystemServer

方法的主要工作：

1. 创建 SystemServer 所在的进程 system_server ；
2. 一些初始化；
3. 初始化 SystemServer 进程。

/**
* Prepare the arguments and forks for the system server process.
*
* @return A {@code Runnable} that provides an entrypoint into system_server code in the child
* process; {@code null} in the parent.
*/
private static Runnable forkSystemServer(String abiList, String socketName,
       ZygoteServer zygoteServer) {
	 ...
     /* Hardcoded command line to start the system server */
     // 设置 system_server 的启动参数
        String args[] = {
                "--setuid=1000",
                "--setgid=1000",
                "--setgroups=1001,1002,1003,1004,1005,1006,1007,1008,1009,1010,1018,1021,1023,"
                        + "1024,1032,1065,3001,3002,3003,3006,3007,3009,3010,3011",
                "--capabilities=" + capabilities + "," + capabilities,
                "--nice-name=system_server",
                "--runtime-args",
                "--target-sdk-version=" + VMRuntime.SDK_VERSION_CUR_DEVELOPMENT,
                "com.android.server.SystemServer",
        };
        ZygoteArguments parsedArgs = null;
        int pid;
        ...
        parsedArgs = new ZygoteArguments(args);
        ...
        /* Request to fork the system server process */
        //进入 native 方法去 fork 进程
        pid = Zygote.forkSystemServer(
                    parsedArgs.mUid, parsedArgs.mGid,
                    parsedArgs.mGids,
                    parsedArgs.mRuntimeFlags,
                    null,
                    parsedArgs.mPermittedCapabilities,
                    parsedArgs.mEffectiveCapabilities);
        /* For child process */
        //如果是system_server的子进程，pid=0
        if (pid == 0) {
            if (hasSecondZygote(abiList)) {
                waitForSecondaryZygote(socketName);
            }
            zygoteServer.closeServerSocket();
            //3.初始化 SystemServer 进程
            return handleSystemServerProcess(parsedArgs);
        }
        return null;
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ZygoteInit.handleSystemServerProcess

这里负责 SystemServer 进程剩余的初始化，最后调用 SystemServer 的 main 方法。

SystemServer 中会继续初始化 AMS、PMS 和 WMS 等重要服务。

/**
 * Finish remaining work for the newly forked system server process.
 */
private static Runnable handleSystemServerProcess(ZygoteArguments parsedArgs) {
	...
	if (parsedArgs.mNiceName != null) {
		//设置进程名为 system_server
        Process.setArgV0(parsedArgs.mNiceName);
    }
    ...
     if (systemServerClasspath != null) {
     	  // 找到ClassLoader 
          cl = createPathClassLoader(systemServerClasspath, parsedArgs.mTargetSdkVersion);
          Thread.currentThread().setContextClassLoader(cl);
      }

      /*
       * Pass the remaining arguments to SystemServer.
       */
      //在zygoteInit方法内做一些参数初始，
      //最后调用RuntimeInit.applicationInit 方法，调起com.android.server.SystemServer的 main 方法。
      return ZygoteInit.zygoteInit(parsedArgs.mTargetSdkVersion,
              parsedArgs.mDisabledCompatChanges,
              parsedArgs.mRemainingArgs, cl);
复制代码