Zygote

瞭解了init進程和init.rc之後,來看一下zygote。

init.rc文件中

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
/system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server 程序位置及參數
/system/bin/app_process代碼在frameworks/base/cmds/app_process/目錄下,入口主函數是app_main.cpp的main()函數。

根據代碼,設置了參數--zygote --start-system-server,最終會調用

AppRuntime runtime;
runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", "start-system-server");
AppRuntime也在app_main.cpp文件中定義,繼承了AndroidRuntime
class AppRuntime : public AndroidRuntime
AndroidRuntime類在frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp文件中定義。
/*
 * 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 char* options)
{
    /* start the virtual machine */
    JniInvocation jni_invocation;
    jni_invocation.Init(NULL);
    JNIEnv* env;
    if (startVm(&mJavaVM, &env) != 0) {
        return;
    }
    onVmCreated(env);

    /*
     * Register android functions.
     */
    if (startReg(env) < 0) {
        ALOGE("Unable to register all android natives\n");
        return;
    }

    /*
     * We want to call main() with a String array with arguments in it.
     * At present we have two arguments, the class name and an option string.
     * Create an array to hold them.
     */
    jclass stringClass;
    jobjectArray strArray;
    jstring classNameStr;
    jstring optionsStr;

    stringClass = env->FindClass("java/lang/String");
    assert(stringClass != NULL);
    strArray = env->NewObjectArray(2, stringClass, NULL);
    assert(strArray != NULL);
    classNameStr = env->NewStringUTF(className);
    assert(classNameStr != NULL);
    env->SetObjectArrayElement(strArray, 0, classNameStr);
    optionsStr = env->NewStringUTF(options);
    env->SetObjectArrayElement(strArray, 1, optionsStr);

    /*
     * Start VM.  This thread becomes the main thread of the VM, and will
     * not return until the VM exits.
     */
    char* slashClassName = toSlashClassName(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");
}

這個函數的作用是啓動Android系統運行時庫,它主要做了三件事情,

    一是調用函數startVM啓動虛擬機,

    二是調用函數startReg註冊JNI方法,

    三是調用了com.android.internal.os.ZygoteInit類的main函數。


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

public static void main(String argv[]) {
    try {
        ......
        registerZygoteSocket();//創建一個socket接口,用來和ActivityManagerService通訊
        preload();

        // Do an initial gc to clean up after startup
        gc();

        if (argv[1].equals("start-system-server")) {
            startSystemServer();//啓動SystemServer
        }
        //通過Select方式監聽端口,即異步讀取消息,死循環,沒有消息則一直阻塞在那裏。
        //在前面創建的socket接口上等待ActivityManagerService請求創建新的應用程序進程。
        runSelectLoop();
        closeServerSocket();
    } catch (MethodAndArgsCaller caller) {
        caller.run();
    } catch (RuntimeException ex) {
        ...
    }
}

startSystemServer() 創建SystemServer進程

/**
 * Prepare the arguments and fork for the system server process.
 */
private static boolean startSystemServer() throws MethodAndArgsCaller, RuntimeException {
    ...
    ZygoteConnection.Arguments parsedArgs = null;
    int pid;
    try {
        parsedArgs = new ZygoteConnection.Arguments(args);
        ...

        pid = Zygote.forkSystemServer(
                parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,
                parsedArgs.gids,
                parsedArgs.debugFlags,
                null,
                parsedArgs.permittedCapabilities,
                parsedArgs.effectiveCapabilities);
    } catch (IllegalArgumentException ex) {
        throw new RuntimeException(ex);
    }

    /* For child process */
    if (pid == 0) {
        handleSystemServerProcess(parsedArgs);
    }
    return true;
}
startSystemServer()先配置啓動參數ZygoteConnection.Arguments parsedArgs,然後調用Zygote.forkSystemServer()
libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/Zygote.java
    forkSystemServer()
    nativeForkSystemServer()
dalvik/vm/native/dalvik_system_Zygote.cpp
    Dalvik_dalvik_system_Zygote_forkSystemServer()
    forkAndSpecializeCommon()
最終調用linux系統調用fork() 創建SystemServer進程。
pid = Zygote.forkSystemServer() 這裏返回兩個進程id,

1、父進程(Zygote)的返回值pid是創建的子進程的id,大於0,直接返回到ZygoteInit.main()函數中,繼續執行runSelectLoop();

2、子進程(SystemServer)的返回值pid爲0,會調用handleSystemServerProcess(parsedArgs);做一些初始化操作,最後調用到RuntimeInit.invokeStaticMain()函數。

frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/RuntimeInit.java

private static void invokeStaticMain(String className, String[] argv)
        throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
    ......
    Class<?> cl;
    cl = Class.forName(className);
    Method m;
    m = cl.getMethod("main", new Class[] { String[].class });
    ......
    /*
     * This throw gets caught in ZygoteInit.main(), which responds
     * by invoking the exception's run() method. This arrangement
     * clears up all the stack frames that were required in setting
     * up the process.
     */
    throw new ZygoteInit.MethodAndArgsCaller(m, argv);
}
拋出異常ZygoteInit.MethodAndArgsCaller,會返回到ZygoteInit.main()函數異常處理,執行caller.run();
根據ZygoteInit.startSystemServer()函數中的啓動參數

/* Hardcoded command line to start the system server */
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,
    "--runtime-init",
    "--nice-name=system_server",
    "com.android.server.SystemServer",
};
caller.run()最終會調用到com.android.server.SystemServer的main()函數,即 SystemServer的入口函數。

到此,Zygote進程完成創建SystemServer進程,SystemServer進程由com.android.server.SystemServer.main()開始繼續運行,而Zygote進程繼續執行runSelectLoop()。


下面來看一下ZygoteInit.runSelectLoop()函數都做了什麼。

private static void runSelectLoop() throws MethodAndArgsCaller {
    ...
    while (true) {//死循環,Zygote變爲守護進程
        int index;
        ...
        try {
            fdArray = fds.toArray(fdArray);
            /*
             * selectReadable()函數的返回值有三種。
             *     -1: 代表着內部錯誤
             *      0: 代表着沒有可處理的連接,因此會以Socket服務端口
             *         重新建立一個ZygoteConnection對象,並等待客戶端的請求
             *     >0: 代表着還有沒有處理完的連接請求,
             *         因此需要先處理該請求,而暫時不需要建立新的連接等待
             */
            index = selectReadable(fdArray);
        } catch (IOException ex) {
            throw new RuntimeException("Error in select()", ex);
        }
        if (index < 0) {
            throw new RuntimeException("Error in select()");
        } else if (index == 0) {//<span><span class="comment">構造一個ZygoteConnection對象,並將其加入到peers列表中</span></span>
            ZygoteConnection newPeer = acceptCommandPeer();
            peers.add(newPeer);
            fds.add(newPeer.getFileDesciptor());
        } else {//<span><span class="comment">處理當前socket消息</span></span>,<span><span class="comment">調用ZygoteConnection的runOnce</span></span>()
            boolean done;
            done = peers.get(index).runOnce();
            if (done) {
                peers.remove(index);
                fds.remove(index);
            }
        }
    }
}
Zygote變爲一個守護進程,通過selectReadable()監聽socket連接請求。(這裏具體是誰會請求連接,後續研究

監聽到連接請求,selectReadable()返回,就會調用ZygoteConnection的runOnce()函數。

frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteConnection.java

boolean runOnce() throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
    ...
    try {
        parsedArgs = new Arguments(args);//這裏的args參數是從socket中讀取的,也就是說是客戶端傳過來的
        ...

        pid = Zygote.forkAndSpecialize(parsedArgs.uid, parsedArgs.gid, parsedArgs.gids,
                parsedArgs.debugFlags, rlimits, parsedArgs.mountExternal, parsedArgs.seInfo,
                parsedArgs.niceName);
    } catch (...) {
        ...
    }

    try {
        if (pid == 0) {
            // in child
            ...
            handleChildProc(parsedArgs, descriptors, childPipeFd, newStderr);
            // should never get here, the child is expected to either
            // throw ZygoteInit.MethodAndArgsCaller or exec().
            return true;
        } else {
            // in parent...pid of < 0 means failure
            ...
            return handleParentProc(pid, descriptors, serverPipeFd, parsedArgs);
        }
    } finally {
        ...
    }
}
runOnce()調用Zygote.forkAndSpecialize()

libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/Zygote.java  
    forkAndSpecialize()  
    nativeForkAndSpecialize()  
dalvik/vm/native/dalvik_system_Zygote.cpp  
    Dalvik_dalvik_system_Zygote_forkAndSpecialize()  
    forkAndSpecializeCommon()  
類似於上面的Zygote.forkSystemServer(),最後調用linux系統調用fork() 創建新的進程。
這裏創建進程的參數是從socket中讀取的,也就是說是客戶端傳過來的。
創建新進程完成後,
父進程(Zygote)調用handleParentProc()處理一些事情後,返回ZygoteInit.runSelectLoop(),進入下一次循環,監聽連接請求。
子進程調用handleChildProc(),最後調用ZygoteInit.invokeStaticMain()函數(和RuntimeInit.invokeStaticMain()一樣),拋出異常ZygoteInit.MethodAndArgsCaller,返回到ZygoteInit.main()函數異常處理,執行caller.run(); 從而子進程跳出ZygoteInit.runSelectLoop()的死循環,去執行新的入口main()函數,開始新的進程人生。


總結
Zygote進程由init進程啓動後,先創建SystemServer進程,然後變成守護進程,監聽socket請求,繼續創建其他進程。

遺留問題
1、SystemServer進程創建後,SystemServer 由 com.android.server.SystemServer.main() 開始後續流程
2、Zygote變爲守護進程後,誰會發起socket連接請求創建新進程


題外知識

Socket編程中有兩種方式去觸發Socket數據讀操作。一種是使用listen()監聽某個端口,然後調用read()去從這個端口上讀數據,這種方式被稱爲阻塞式讀操作,因爲當端口沒有數據時,read()函數將一直等待,直到數據準備好後才返回;另一種是使用select()函數將需要監測的文件描述符作爲select()函數的參數,然後當該文件描述符上出現新的數據後,自動觸發一箇中斷,然後在中斷處理函數中再去讀指定文件描述符上的數據,這種方式被稱爲非阻塞式讀操作。LocalServerSocket中使用的正是後者,即非阻塞讀操作。


參考:

http://www1.huachu.com.cn/read/readbookinfo.asp?sectionid=1000006113

http://blog.csdn.net/zhgxhuaa/article/details/24584807

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