Android系統中的進程（這裏不包括init等底層的進程）都是通過Zygote fork而來的，那這些進程的啓動流程都是怎樣的呢？
這裏將Android進程分爲兩個部分：
（1）系統框架進程SystemServer進程。它是Zygote創建的第一個進程，是在系統啓動過程中，Zygote進程啓動時直接fork而來的。
（2）應用程序進程。比如Launcher、SystemUI，其它應用程序等的進程。這些應用程序進程的啓動大致包含兩個步驟：
1）AMS向Zygote進程發送創建進程的請求；
2）Zygote接受請求，創建並啓動應用程序進程。
本文將圍繞上述幾點，基於Android P(API28)的源碼，來梳理Android進程的創建與啓動過程。內容的主要對象是應用開發者，所以力求簡潔和完整，內容大體如下：
1、Zygote進程啓動簡述
在理解這一部分前，建議先閱讀【系統之音】Android系統啓動篇。
系統在啓動時，會啓動一個名爲“init”的系統進程，然後該進程會創建並啓動Zygote進程。創建和啓動Zygote進程的過程，先後從Nativie層跨入Java層，在Native層會創建虛擬機實例（即ART實例），然後通過JNI的方式調用ZygoteInit類的main方法。Native層的代碼咱們不深究，這裏看看main方法：
1 //（代碼1.1）=========ZygoteInit.java===== 2 public static void main(String argv[]) { 3 ZygoteServer zygoteServer = new ZygoteServer(); 4 ...... 5 String socketName = "zygote"; 6 ...... 7 //創建一個名爲“zygote”的Server端Socket，在後續會一直監聽AMS發起的創建新進程的請求。 8 zygoteServer.registerServerSocketFromEnv(socketName); 9 ...... 10 //①通過fork方式創建SystemServer進程並啓動 11 if (startSystemServer) { 12 Runnable r = forkSystemServer(abiList, socketName, zygoteServer);//fork創建SystemServer進程 13 ...... 14 if (r != null) { 15 r.run();//啓動SystemServer進程 16 return; 17 } 18 } 19 //②該方法中使用了一個while(true)的無限循環來實現一直監聽AMS的請求 20 caller = zygoteServer.runSelectLoop(abiList); 21 ...... 22 //③這裏是會執行子進程（應用程序進程）的ActivityThread的main方法，後文會講到 23 if (caller != null) { 24 caller.run(); 25 } 26 }
我抽取了關鍵的代碼，主要是關注Zygote啓動期間所做的主要工作，這裏先給出結論（有必要牢記於心）：
（1）創建虛擬機實例；
（2）創建一個名爲“zygote”的Server端Socket，用於後續監聽AMS的請求；
（3）通過fork的方式創建SystemServer進程並啓動它，該過程會啓動各種系統服務，AMS就是在這個階段啓動的；
（4）在runSelectLoop方法中通過一個while(true)無限循環來實現對AMS的監聽；
（5）啓動非SystemServer進程。
2、Zygote創建與啓動SystemServer
實際上SystemServer是Zygote創建出的第一個進程，我們從代碼1.1中的註釋②處的forkSystemServer方法來深入瞭解：
1 //代碼2.1==========ZygoteInit.java======= 2 private static Runnable forkSystemServer(String abiList, String socketName,ZygoteServer zygoteServer) { 3 ...... 4 int pid; 5 ...... 6 //fork的過程發生在Native層 7 pid = Zygote.forkSystemServer(...); 8 ...... 9 //④pid爲0表示子進程（即SystemServer進程）創建成功，邏輯進入到子進程中。下面的邏輯會啓動SystemServer進程 10 if (pid == 0) { 11 ...... 12 return handleSystemServerProcess(parsedArgs); 13 } 14 } 15 16 public static int forkSystemServer(...){ 17 ...... 18 int pid = nativeForkSystemServer(...); 19 ...... 20 } 21 22 native private static int nativeForkSystemServer(...)
可見，forkSystemServer進程是發生在Native層的，接着繼續從註釋④處看看SystemServer進程的啓動：
1 //代碼2.2 =========ZygoteInit.java======== 2 private static Runnable handleSystemServerProcess(...){ 3 ...... 4 return ZygoteInit.zygoteInit(...); 5 } 6 7 public static final Runnable zygoteInit(...) { 8 ...... 9 //該處用於創建Binder線程池，此後SystemServer進程就可以使用Binder來實現IPC了。該過程也是在Native層實現，Binder在ServiceManager中進行註冊。 10 ZygoteInit.nativeZygoteInit(); 11 return RuntimeInit.applicationInit(targetSdkVersion, argv, classLoader); 12 } 13 14 private static final native void nativeZygoteInit(); 15 16 //==========RuntimeInit.java======= 17 protected static Runnable applicationInit(...){ 18 ...... 19 //通過上下文可以得知這裏的args.startClass值爲“com.android.server.SystemServer” 20 return findStaticMain(args.startClass, args.startArgs, classLoader); 21 } 22 23 /** 24 * Invokes a static "main(argv[]) method on class "className". 25 * ...... 26 */ 27 protected static Runnable findStaticMain(String className, String[] argv, 28 ClassLoader classLoader) { 29 Class<?> cl; 30 try { 31 cl = Class.forName(className, true, classLoader); 32 } catch (ClassNotFoundException ex) { 33 throw new RuntimeException( 34 "Missing class when invoking static main " + className, 35 ex); 36 } 37 Method m; 38 try { 39 m = cl.getMethod("main", new Class[] { String[].class }); 40 } catch (NoSuchMethodException ex) { 41 throw new RuntimeException( 42 "Missing static main on " + className, ex); 43 } catch (SecurityException ex) { 44 throw new RuntimeException( 45 "Problem getting static main on " + className, ex); 46 } 47 int modifiers = m.getModifiers(); 48 if (! (Modifier.isStatic(modifiers) && Modifier.isPublic(modifiers))) { 49 throw new RuntimeException( 50 "Main method is not public and static on " + className); 51 } 52 ...... //毫無疑問，這裏的m就是SystemServer類的main方法了 53 return new MethodAndArgsCaller(m, argv); 54 } 55 56 static class MethodAndArgsCaller implements Runnable { 57 /** method to call */ 58 private final Method mMethod; 59 /** argument array */ 60 private final String[] mArgs; 61 public MethodAndArgsCaller(Method method, String[] args) { 62 mMethod = method; 63 mArgs = args; 64 } 65 public void run() { 66 try { 67 mMethod.invoke(null, new Object[] { mArgs }); 68 } 69 ...... 70 } 71 }
一步步跟進時，我們會發現該過程中主線都是返回的Runnable類型的對象，回到代碼1.1的註釋②處的第12行，這裏的 r 就是MethodAndArgsCaller對象，第13行r.run()執行，就是調用的上述代碼第67行，跟蹤上下文可知這裏就是執行的SystemServer.main方法。緊接着第14行是return，Zygote就完成了創建和啓動SystemServer進程。此時你是否會有疑問：這裏就return了，那後面監聽AMS請求和啓動非SystemServer進程的邏輯又如何實現呢？這裏我們需要理解“fork”，後面我們會詳細介紹。
這裏進一步看看SystemServer進程中都做了些什麼：
1 //=========SystemServer.java=========== 2 public static void main(String[] args) { 3 new SystemServer().run(); 4 } 5 private void run() { 6 ...... 7 //創建消息Looper 8 Looper.prepareMainLooper(); 9 // 加載動態庫libandroid_servers.so，初始化native服務 10 System.loadLibrary("android_servers"); 11 ...... 12 //初始化系統context 13 createSystemContext(); 14 //創建SystemServiceManager 15 mSystemServiceManager = new SystemServiceManager(mSystemContext); 16 ...... 17 //啓動引導服務，如AMS等 18 startBootstrapServices(); 19 //啓動核心服務 20 startCoreServices(); 21 //啓動其它服務，如WMS，SystemUI等 22 startOtherServices(); 23 .... 24 // Loop forever. 25 Looper.loop(); 26 }
到這裏Zygote就創建並啓動了SystemServe進程，總結一下這個過程中主要做了些什麼工作：
（1）通過fork得到一個虛擬機實例副本；
（2）創建Binder線程池，SystemServer可以通過Binder來實現IPC（跨進程通信）；
（3）啓動系統服務，比如AMS，WMS等；
（4）創建消息循環，Looper.loop()中是一個無限循環，SystemServer將持續運行。
3、fork簡介
在前文中提到了使用fork的方式來創建進程，也提到了一個疑問：
“此時你是否會有疑問：這裏就return了，那後面監聽AMS請求和啓動非SystemServer進程的邏輯又如何實現呢？”
這裏先看看百度百科的介紹：
“復刻（英語：fork，又譯作派生、分支）是UNIX或類UNIX中的分叉函數，fork函數將運行着的程序分成2個（幾乎）完全一樣的進程，
每個進程都啓動一個從代碼的同一位置開始執行的線程。這兩個進程中的線程繼續執行，就像是兩個用戶同時啓動了該應用程序的兩個副本。
fork系統調用用於創建一個新進程，稱爲子進程，它與進程（稱爲系統調用fork的進程）同時運行，此進程稱爲父進程。創建新的子進程後，
兩個進程將執行fork（）系統調用之後的下一條指令。子進程使用相同的pc（程序計數器），相同的CPU寄存器，在父進程中使用的相同打開文件。”
所以，在代碼1.1中forkSystemServer時，Zygote進程會分化爲兩個一模一樣的進程來，其中一個是父進程，另外一個是子進程，它是主進程的副本。當SystemServer fork成功後其流程就進入到了子進程中，即代碼1.1中的第15、16行是在子進程中執行的。而與此同時，父進程還會繼續往下執行，不斷監聽AMS的請求以及啓動新的進程。
要更好地理解fork後Zygote進程和子進程的工作，可以參考閱讀：https://www.cnblogs.com/jiangzhaowei/p/11023098.html。
4、Zygote監聽AMS的請求
在代碼1.1中註釋②處，會通過調用runSelectLoop方法來監聽AMS的請求，我們看看該方法的實現：
1 //代碼4.1======ZygoteServer.java====== 2 Runnable runSelectLoop(String abiList) { 3 ...... 4 ArrayList<ZygoteConnection> peers = new ArrayList<ZygoteConnection>(); 5 ...... 6 while (true) { 7 ...... 8 //⑤當監聽到AMS請求的數據時會執行這裏 9 ZygoteConnection connection = peers.get(i); 10 final Runnable command = connection.processOneCommand(this); 11 ...... 12 return command; 13 } 14 }
這其中包含了一個while(true)的無限循環，以此來一直監聽AMS的請求，直到註釋⑤處監聽到了AMS的請求，fork出新的子進程（應用程序進程），隨後在子進程中return，結束監聽。和fork SystemServer一樣，父進程Zygote仍然繼續監聽着，繼續相應AMS新的請求，fork出新的子進程。
5、AMS向Zygote進程發起創建進程的請求
要啓動一個程序時，系統首先會判斷該程序所在的進程是否存在，如果不存在就需要先創建並啓動目標程序對應的進程。這一點在四大組件組件啓動流程的源碼中都有體現，當發現目標進程還不存在時，AMS都會向Zygote進程申請創建目標進程。這個過程分爲兩步：（1）AMS向Zygote進程發起創建進程的請求；（2）Zygote收到請求，創建並啓動進程。這一節我們先看看第（1）步：
1 //==============ActivityManagerService.java============ 2 private final boolean startProcessLocked(ProcessRecord app, String hostingType, 3 String hostingNameStr, boolean disableHiddenApiChecks, String abiOverride) { 4 ...... 5 final String entryPoint = "android.app.ActivityThread"; 6 return startProcessLocked(hostingType, hostingNameStr, entryPoint...); 7 } 8 private boolean startProcessLocked(...String entryPoint...) { 9 ...... 10 final ProcessStartResult startResult = startProcess(...entryPoint...); 11 } 12 private ProcessStartResult startProcess(...String entryPoint...){ 13 ...... 14 final ProcessStartResult startResult; 15 ...... 16 startResult = Process.start(entryPoint, 17 app.processName, uid, uid, gids, runtimeFlags, mountExternal, 18 app.info.targetSdkVersion, seInfo, requiredAbi, instructionSet, 19 app.info.dataDir, invokeWith, 20 new String[] {PROC_START_SEQ_IDENT + app.startSeq}); 21 ...... 22 } 23 //================Process.java============== 24 public static final ZygoteProcess zygoteProcess = new ZygoteProcess(ZYGOTE_SOCKET, SECONDARY_ZYGOTE_SOCKET); 25 public static final ProcessStartResult start(final String processClass,...) { 26 return zygoteProcess.start(processClass, ...); 27 } 28 //==============ZygoteProcess.java========== 29 public final Process.ProcessStartResult start(final String processClass...) { 30 try { 31 return startViaZygote(processClass...); 32 }...... 33 } 34 private Process.ProcessStartResult startViaZygote(final String processClass...){ 35 argsForZygote.add(processClass); 36 ...... 37 return zygoteSendArgsAndGetResult(openZygoteSocketIfNeeded(abi), argsForZygote); 38 } 39 private ZygoteState primaryZygoteState; 40 ...... 41 private ZygoteState openZygoteSocketIfNeeded(String abi) throws ZygoteStartFailedEx { 42 ...... 43 //追蹤代碼，容易得知mSocket值爲"zygote",這裏的作用是連接名爲“zygote”的Socket 44 primaryZygoteState = ZygoteState.connect(mSocket); 45 ...... 46 }
從上述代碼可以看出，該過程的邏輯其實挺簡單，通過層層調用後走到第50行。這一行的作用就是和名爲“zygote”的Socket服務端建立連接，這樣就向Zygote進程發起了請求。這裏的ZygoteState類中的
6、Zygote收到AMS的請求，創建並啓動進程
在代碼4.1中，我們講過，其中while(true)循環一直監聽AMS的請求，直到收到請求。
1 //===========ZygoteConnection.java======= 2 Runnable processOneCommand(ZygoteServer zygoteServer) { 3 ...... 4 //⑥fork方式創建應用程序進程 5 pid = Zygote.forkAndSpecialize(...); 6 ...... 7 //pid爲0表示當前的代碼邏輯運行在新創建的子進程（即應用程序進程）中 8 if (pid == 0) { 9 // in child 10 ...... 11 //處理應用程序進程 12 return handleChildProc(parsedArgs, descriptors, childPipeFd, 13 parsedArgs.startChildZygote); 14 } else { 15 ...... 16 } 17 } 18 19 private Runnable handleChildProc(...){ 20 ...... 21 return ZygoteInit.zygoteInit(parsedArgs.targetSdkVersion, parsedArgs.remainingArgs,null /* classLoader */); 22 } 23 //=====ZygoteInit.java======== 24 public static final Runnable zygoteInit(...) { 25 ...... 26 //創建Binder線程池，此後新的子進程就能夠使用Binder進行IPC了 27 ZygoteInit.nativeZygoteInit(); 28 return RuntimeInit.applicationInit(targetSdkVersion, argv, classLoader); 29 } 30 31 //============Zygote.java==========（補充註釋⑥處） 32 public static int forkAndSpecialize(...) { 33 ........ 34 int pid = nativeForkAndSpecialize(...); 35 ...... 36 return pid; 37 } 38 native private static int nativeForkAndSpecialize(...);
流程走到第26行就比較清晰了，和代碼2.2中啓動SystemServer進程一致了，只不過這裏啓動的是ActivityThread的main方法。
1 //=======ActivityThread.java===== 2 static volatile Handler sMainThreadHandler; 3 4 public static void main(String[] args) { 5 ...... 6 Looper.prepareMainLooper(); 7 ...... 8 ActivityThread thread = new ActivityThread(); 9 ...... 10 if (sMainThreadHandler == null) { 11 sMainThreadHandler = thread.getHandler(); 12 } 13 ...... 14 Looper.loop(); 15 } 16 17 final Handler getHandler() { 18 return mH; 19 } 20 21 final H mH = new H(); 22 23 class H extends Handler { 24 ...... 25 }
ActivityThread類是主線程的管理類，其main方法中會創建消息循環，其中Looper.loop()方法中通過無限循環的方式，保持主線程一直運行。同時還會創建主線程的H類，這是一個包含主線程looper的Handler，四大組件啓動過程中都需要通過這個H類對象來從Binder線程中切換到主線程中。
這裏總結一下普通應用程序進程創建時的關鍵工作：
（1）通過fork得到一個虛擬機實例副本；
（2）創建Binder線程池，應用程序進程就可以通過Binder來實現IPC；
（3）創建消息循環，創建主線程的H類。
7、疑問
（1）爲什麼AMS(SystemServer進程)與Zygote進程通訊採用Socket而不是Binder?
答：因爲fork不允許存在多線程，而Binder通信偏偏就是多線程。（不知道該答案是否準確，目前還沒找到權威答案）。
可以參考：https://blog.csdn.net/qq_39037047/article/details/88066589
參考及推薦閱讀：
https://www.cnblogs.com/andy-songwei/p/11429421.html
https://www.cnblogs.com/jiangzhaowei/p/11023098.html
https://www.jianshu.com/p/ab9b83a77af6
https://blog.csdn.net/qq_39037047/article/details/88066589
劉望舒《Android進階解密》