基于Android 6.0的源码剖析， 分析Android进程是如何一步步创建的，本文涉及到的源码：
/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/
- ZygoteInit.java
- ZygoteConnection.java
- RuntimeInit.java
- Zygote.java
/frameworks/base/core/java/android/os/Process.java
/frameworks/base/core/jni/com_android_internal_os_Zygote.cpp
/frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp
/frameworks/base/cmds/app_process/App_main.cpp （内含AppRuntime类）
/bionic/libc/bionic/fork.cpp
/bionic/libc/bionic/pthread_atfork.cpp
/libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/ZygoteHooks.java
/art/runtime/native/dalvik_system_ZygoteHooks.cc
/art/runtime/Runtime.cc
/art/runtime/Thread.cc
/art/runtime/signal_catcher.cc
一. 概述
准备知识
本文要介绍的是进程的创建，先简单说说进程与线程的区别。
进程：每个App在启动前必须先创建一个进程，该进程是由Zygote fork出来的，进程具有独立的资源空间，用于承载App上运行的各种Activity/Service等组件。进程对于上层应用来说是完全透明的，这也是google有意为之，让App程序都是运行在Android Runtime。大多数情况一个App就运行在一个进程中，除非在AndroidManifest.xml中配置Android:process属性，或通过native代码fork进程。
线程：线程对应用开发者来说非常熟悉，比如每次new Thread().start()都会创建一个新的线程，该线程并没有自己独立的地址空间，而是与其所在进程之间资源共享。从Linux角度来说进程与线程都是一个task_struct结构体，除了是否共享资源外，并没有其他本质的区别。
在接下来的文章，会涉及到system_server进程和Zygote进程，下面简要这两个进程：
system_server进程：是用于管理整个Java framework层，包含ActivityManager，PowerManager等各种系统服务;Zygote进程：是Android系统的首个Java进程，Zygote是所有Java进程的父进程，包括system_server进程以及所有的App进程都是Zygote的子进程，注意这里说的是子进程，而非子线程。
如果想更进一步了解system_server进程和Zygote进程在整个Android系统所处的地位，可查看我的另一个文章Android系统-开篇。
进程创建图
对于大多数的应用开发者来说创建线程比较熟悉，而对于创建进程并没有太多的概念。对于系统工程师或者高级开发者，还是有很必要了解Android系统是如何一步步地创建出一个进程的。先来看一张进程创建过程的简要图：
图解：
- App发起进程：当从桌面启动应用，则发起进程便是Launcher所在进程；当从某App内启动远程进程，则发送进程便是该App所在进程。发起进程先通过binder发送消息给system_server进程；
- system_server进程：调用Process.start()方法，通过socket向zygote进程发送创建新进程的请求；
- zygote进程：在执行
ZygoteInit.main()后便进入runSelectLoop()循环体内，当有客户端连接时便会执行ZygoteConnection.runOnce()方法，再经过层层调用后fork出新的应用进程； - 新进程：执行handleChildProc方法，最后调用ActivityThread.main()方法。
接下来，依次从system_server进程发起请求到Zygote创建进程，再到新进程的运行这3大块展开讲解进程创建是一个怎样的过程。
二. system_server发起请求
1. Process.start
[-> Process.java]
public static final ProcessStartResult start(final String processClass,
final String niceName,
int uid, int gid, int[] gids,
int debugFlags, int mountExternal,
int targetSdkVersion,
String seInfo,
String abi,
String instructionSet,
String appDataDir,
String[] zygoteArgs) {
try {
//【见小节2】
return startViaZygote(processClass, niceName, uid, gid, gids,
debugFlags, mountExternal, targetSdkVersion, seInfo,
abi, instructionSet, appDataDir, zygoteArgs);
} catch (ZygoteStartFailedEx ex) {
throw new RuntimeException("");
}
}
2. startViaZygote
[-> Process.java]
private static ProcessStartResult startViaZygote(final String processClass,
final String niceName,
final int uid, final int gid,
final int[] gids,
int debugFlags, int mountExternal,
int targetSdkVersion,
String seInfo,
String abi,
String instructionSet,
String appDataDir,
String[] extraArgs)
throws ZygoteStartFailedEx {
synchronized(Process.class) {
ArrayList<String> argsForZygote = new ArrayList<String>();
argsForZygote.add("--runtime-args");
argsForZygote.add("--setuid=" + uid);
argsForZygote.add("--setgid=" + gid);
argsForZygote.add("--target-sdk-version=" + targetSdkVersion);
if (niceName != null) {
argsForZygote.add("--nice-name=" + niceName);
}
if (appDataDir != null) {
argsForZygote.add("--app-data-dir=" + appDataDir);
}
argsForZygote.add(processClass);
if (extraArgs != null) {
for (String arg : extraArgs) {
argsForZygote.add(arg);
}
}
//【见小节3】
return zygoteSendArgsAndGetResult(openZygoteSocketIfNeeded(abi), argsForZygote);
}
}
该过程主要工作是生成argsForZygote数组，该数组保存了进程的uid、gid、groups、target-sdk、nice-name等一系列的参数。
3. zygoteSendArgsAndGetResult
[-> Process.java]
private static ProcessStartResult zygoteSendArgsAndGetResult(
ZygoteState zygoteState, ArrayList<String> args)
throws ZygoteStartFailedEx {
try {
//其中zygoteState 【见小节3.1】
final BufferedWriter writer = zygoteState.writer;
final DataInputStream inputStream = zygoteState.inputStream;
writer.write(Integer.toString(args.size()));
writer.newLine();
int sz = args.size();
for (int i = 0; i < sz; i++) {
String arg = args.get(i);
if (arg.indexOf('\n') >= 0) {
throw new ZygoteStartFailedEx(
"embedded newlines not allowed");
}
writer.write(arg);
writer.newLine();
}
writer.flush();
ProcessStartResult result = new ProcessStartResult();
//等待socket服务端（即zygote）返回新创建的进程pid;
//对于等待时长问题，Google正在考虑此处是否应该有一个timeout，但目前是没有的。
result.pid = inputStream.readInt();
if (result.pid < 0) {
throw new ZygoteStartFailedEx("fork() failed");
}
result.usingWrapper = inputStream.readBoolean();
return result;
} catch (IOException ex) {
zygoteState.close();
throw new ZygoteStartFailedEx(ex);
}
}
这个方法的主要功能是通过socket通道向Zygote进程发送一个参数列表，然后进入阻塞等待状态，直到远端的socket服务端发送回来新创建的进程pid才返回。
3.1 openZygoteSocketIfNeeded
private static ZygoteState openZygoteSocketIfNeeded(String abi) throws ZygoteStartFailedEx {
if (primaryZygoteState == null || primaryZygoteState.isClosed()) {
try {
//向主zygote发起connect()操作
primaryZygoteState = ZygoteState.connect(ZYGOTE_SOCKET);
} catch (IOException ioe) {
...
}
}
if (primaryZygoteState.matches(abi)) {
return primaryZygoteState;
}
if (secondaryZygoteState == null || secondaryZygoteState.isClosed()) {
//当主zygote没能匹配成功，则采用第二个zygote，发起connect()操作
secondaryZygoteState = ZygoteState.connect(SECONDARY_ZYGOTE_SOCKET);
}
if (secondaryZygoteState.matches(abi)) {
return secondaryZygoteState;
}
...
}
openZygoteSocketIfNeeded(abi)方法是根据当前的abi来选择与zygote还是zygote64来进行通信。
既然system_server进程的zygoteSendArgsAndGetResult()方法通过socket向Zygote进程发送消息，这是便会唤醒Zygote进程，来响应socket客户端的请求（即system_server端），接下来的操作便是在Zygote来创建进程【见小节4】
三. Zygote创建进程
文章Android系统启动-zygote篇已介绍，简单来说就是Zygote进程是由由init进程而创建的，进程启动之后调用ZygoteInit.main()方法，经过创建socket管道，预加载资源后，便进程runSelectLoop()方法。
4. ZygoteInit.main
[–>ZygoteInit.java]
public static void main(String argv[]) {
try {
runSelectLoop(abiList); //【见小节5】
....
} catch (MethodAndArgsCaller caller) {
caller.run(); //【见小节16】
} catch (RuntimeException ex) {
closeServerSocket();
throw ex;
}
}
后续会讲到runSelectLoop()方法会抛出异常MethodAndArgsCaller，从而进入caller.run()方法。
5. 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。//【见小节5.1】
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【见小节6】
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
}
}
}
}
}
该方法主要功能：
- 客户端通过openZygoteSocketIfNeeded()来跟zygote进程建立连接。zygote进程收到客户端连接请求后执行accept()；然后再创建ZygoteConnection对象,并添加到fds数组列表；
- 建立连接之后，可以跟客户端通信，进入runOnce()方法来接收客户端数据，并执行进程创建工作。
5.1 acceptCommandPeer
[-> ZygoteInit.java]
private static ZygoteConnection acceptCommandPeer(String abiList) {
try {
return new ZygoteConnection(sServerSocket.accept(), abiList);
} catch (IOException ex) {
...
}
}
接收客户端发送过来的connect()操作，Zygote作为服务端执行accept()操作。 再后面客户端调用write()写数据，Zygote进程调用read()读数据。
没有连接请求时会进入休眠状态，当有创建新进程的连接请求时，唤醒Zygote进程，创建Socket通道ZygoteConnection，然后执行ZygoteConnection的runOnce()方法。
6. 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) {
closeSocket();
return true;
}
PrintStream newStderr = null;
if (descriptors != null && descriptors.length >= 3) {
newStderr = new PrintStream(new FileOutputStream(descriptors[2]));
}
int pid = -1;
FileDescriptor childPipeFd = null;
FileDescriptor serverPipeFd = null;
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);
...
int [] fdsToClose = { -1, -1 };
FileDescriptor fd = mSocket.getFileDescriptor();
if (fd != null) {
fdsToClose[0] = fd.getInt$();
}
fd = ZygoteInit.getServerSocketFileDescriptor();
if (fd != null) {
fdsToClose[1] = fd.getInt$();
}
fd = null;
//【见小节7】
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;
//【见小节13】
handleChildProc(parsedArgs, descriptors, childPipeFd, newStderr);
// 不应到达此处，子进程预期的是抛出异常ZygoteInit.MethodAndArgsCaller或者执行exec().
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);
}
}
7. forkAndSpecialize
[-> Zygote.java]
public static int forkAndSpecialize(int uid, int gid, int[] gids, int debugFlags,
int[][] rlimits, int mountExternal, String seInfo, String niceName, int[] fdsToClose,
String instructionSet, String appDataDir) {
VM_HOOKS.preFork(); //【见小节8】
int pid = nativeForkAndSpecialize(
uid, gid, gids, debugFlags, rlimits, mountExternal, seInfo, niceName, fdsToClose,
instructionSet, appDataDir); //【见小节9】
...
VM_HOOKS.postForkCommon(); //【见小节11】
return pid;
}
VM_HOOKS是Zygote对象的静态成员变量：VM_HOOKS = new ZygoteHooks();
7.1 Zygote进程
先说说Zygote进程，如下图：
从图中可知Zygote进程有4个Daemon子线程分别是ReferenceQueueDaemon，FinalizerDaemon，FinalizerWatchdogDaemon，HeapTaskDaemon。图中线程名显示的并不完整是由于底层的进程结构体task_struct是由长度为16的char型数组保存，超过15个字符便会截断。
可能有人会问zygote64进程不是还有system_server，com.android.phone等子线程，怎么会只有4个呢？那是因为这些并不是Zygote子线程，而是Zygote的子进程。在图中用红色圈起来的是进程的VSIZE，virtual size)，代表的是进程虚拟地址空间大小。线程与进程的最为本质的区别便是是否共享内存空间，图中VSIZE和Zygote进程相同的才是Zygote的子线程，否则就是Zygote的子进程。
8. preFork
[-> ZygoteHooks.java]
public void preFork() {
Daemons.stop(); //停止4个Daemon子线程【见小节8.1】
waitUntilAllThreadsStopped(); //等待所有子线程结束【见小节8.2】
token = nativePreFork(); //完成gc堆的初始化工作【见小节8.3】
}
8.1 Daemons.stop
public static void stop() {
HeapTaskDaemon.INSTANCE.stop(); //Java堆整理线程
ReferenceQueueDaemon.INSTANCE.stop(); //引用队列线程
FinalizerDaemon.INSTANCE.stop(); //析构线程
FinalizerWatchdogDaemon.INSTANCE.stop(); //析构监控线程
}
此处守护线程Stop方式是先调用目标线程interrrupt()方法，然后再调用目标线程join()方法，等待线程执行完成。
8.2 waitUntilAllThreadsStopped
private static void waitUntilAllThreadsStopped() {
File tasks = new File("/proc/self/task");
// 当/proc中线程数大于1，就出让CPU直到只有一个线程，才退出循环
while (tasks.list().length > 1) {
Thread.yield();
}
}
8.3 nativePreFork
nativePreFork通过JNI最终调用如下方法：
[-> dalvik_system_ZygoteHooks.cc]
static jlong ZygoteHooks_nativePreFork(JNIEnv* env, jclass) {
Runtime* runtime = Runtime::Current();
runtime->PreZygoteFork(); // 见下文
if (Trace::GetMethodTracingMode() != TracingMode::kTracingInactive) {
Trace::Pause();
}
//将线程转换为long型并保存到token，该过程是非安全的
return reinterpret_cast<jlong>(ThreadForEnv(env));
}
至于runtime->PreZygoteFork的过程：
void Runtime::PreZygoteFork() {
// 堆的初始化工作。这里就不继续再往下追art虚拟机
heap_->PreZygoteFork();
}
VM_HOOKS.preFork()的主要功能便是停止Zygote的4个Daemon子线程的运行，等待并确保Zygote是单线程（用于提升fork效率），并等待这些线程的停止，初始化gc堆的工作, 并将线程转换为long型并保存到token
9. nativeForkAndSpecialize
nativeForkAndSpecialize()通过JNI最终调用调用如下方法：
[-> com_android_internal_os_Zygote.cpp]
static jint com_android_internal_os_Zygote_nativeForkAndSpecialize(
JNIEnv* env, jclass, jint uid, jint gid, jintArray gids,
jint debug_flags, jobjectArray rlimits,
jint mount_external, jstring se_info, jstring se_name,
jintArray fdsToClose, jstring instructionSet, jstring appDataDir) {
// 将CAP_WAKE_ALARM赋予蓝牙进程
jlong capabilities = 0;
if (uid == AID_BLUETOOTH) {
capabilities |= (1LL << CAP_WAKE_ALARM);
}
//【见流程10】
return ForkAndSpecializeCommon(env, uid, gid, gids, debug_flags,
rlimits, capabilities, capabilities, mount_external, se_info,
se_name, false, fdsToClose, instructionSet, appDataDir);
}
10. ForkAndSpecializeCommon
[-> com_android_internal_os_Zygote.cpp]
static pid_t ForkAndSpecializeCommon(JNIEnv* env, uid_t uid, gid_t gid, jintArray javaGids,
jint debug_flags, jobjectArray javaRlimits,
jlong permittedCapabilities, jlong effectiveCapabilities,
jint mount_external,
jstring java_se_info, jstring java_se_name,
bool is_system_server, jintArray fdsToClose,
jstring instructionSet, jstring dataDir) {
//设置子进程的signal信号处理函数
SetSigChldHandler();
//fork子进程 【见流程10.1】
pid_t pid = fork();
if (pid == 0) { //进入子进程
DetachDescriptors(env, fdsToClose); //关闭并清除文件描述符
if (!is_system_server) {
//对于非system_server子进程，则创建进程组
int rc = createProcessGroup(uid, getpid());
}
SetGids(env, javaGids); //设置设置group
SetRLimits(env, javaRlimits); //设置资源limit
int rc = setresgid(gid, gid, gid);
rc = setresuid(uid, uid, uid);
SetCapabilities(env, permittedCapabilities, effectiveCapabilities);
SetSchedulerPolicy(env); //设置调度策略
//selinux上下文
rc = selinux_android_setcontext(uid, is_system_server, se_info_c_str, se_name_c_str);
if (se_info_c_str == NULL && is_system_server) {
se_name_c_str = "system_server";
}
if (se_info_c_str != NULL) {
SetThreadName(se_name_c_str); //设置线程名为system_server，方便调试
}
//在Zygote子进程中，设置信号SIGCHLD的处理器恢复为默认行为
UnsetSigChldHandler();
//等价于调用zygote.callPostForkChildHooks() 【见流程10.2】
env->CallStaticVoidMethod(gZygoteClass, gCallPostForkChildHooks, debug_flags,
is_system_server ? NULL : instructionSet);
...
} else if (pid > 0) {
//进入父进程，即Zygote进程
}
return pid;
}
10.1 fork()
fork()采用copy on write技术，这是linux创建进程的标准方法，调用一次，返回两次，返回值有3种类型。
- 父进程中，fork返回新创建的子进程的pid;
- 子进程中，fork返回0；
- 当出现错误时，fork返回负数。（当进程数超过上限或者系统内存不足时会出错）
fork()的主要工作是寻找空闲的进程号pid，然后从父进程拷贝进程信息，例如数据段和代码段，fork()后子进程要执行的代码等。 Zygote进程是所有Android进程的母体，包括system_server和各个App进程。zygote利用fork()方法生成新进程，对于新进程A复用Zygote进程本身的资源，再加上新进程A相关的资源，构成新的应用进程A。其中下图中Zygote进程的libc、vm、preloaded classes、preloaded resources是如何生成的，可查看另一个文章Android系统启动-zygote篇，见下图：
copy-on-write过程：当父子进程任一方修改内存数据时（这是on-write时机），才发生缺页中断，从而分配新的物理内存（这是copy操作）。
copy-on-write原理：写时拷贝是指子进程与父进程的页表都所指向同一个块物理内存，fork过程只拷贝父进程的页表，并标记这些页表是只读的。父子进程共用同一份物理内存，如果父子进程任一方想要修改这块物理内存，那么会触发缺页异常(page fault)，Linux收到该中断便会创建新的物理内存，并将两个物理内存标记设置为可写状态，从而父子进程都有各自独立的物理内存。
10.1.1 fork.cpp
[-> bionic/fork.cpp]
#define FORK_FLAGS (CLONE_CHILD_SETTID | CLONE_CHILD_CLEARTID | SIGCHLD)
int fork() {
__bionic_atfork_run_prepare(); //[见小节2.1.1]
pthread_internal_t* self = __get_thread();
//fork期间，获取父进程pid，并使其缓存值无效
pid_t parent_pid = self->invalidate_cached_pid();
//系统调用【见小节2.2】
int result = syscall(__NR_clone, FORK_FLAGS, NULL, NULL, NULL, &(self->tid));
if (result == 0) {
self->set_cached_pid(gettid());
__bionic_atfork_run_child(); //fork完成执行子进程回调方法[见小节2.1.1]
} else {
self->set_cached_pid(parent_pid);
__bionic_atfork_run_parent(); //fork完成执行父进程回调方法
}
return result;
}
功能说明：在执行syscall的前后都有相应的回调方法。
- __bionic_atfork_run_prepare： fork完成前，父进程回调方法
- __bionic_atfork_run_child： fork完成后，子进程回调方法
- __bionic_atfork_run_paren： fork完成后，父进程回调方法
以上3个方法的实现都位于bionic/pthread_atfork.cpp。如果有需要，可以扩展该回调方法，添加相关的业务需求。
10.2 Zygote.callPostForkChildHooks
[-> Zygote.java]
private static void callPostForkChildHooks(int debugFlags, boolean isSystemServer,
String instructionSet) {
//调用ZygoteHooks.postForkChild()
VM_HOOKS.postForkChild(debugFlags, isSystemServer, instructionSet);
}
[-> ZygoteHooks.java]
public void postForkChild(int debugFlags, String instructionSet) {
//【见流程10.3】
nativePostForkChild(token, debugFlags, instructionSet);
Math.setRandomSeedInternal(System.currentTimeMillis());
}
在这里，设置了新进程Random随机数种子为当前系统时间，也就是在进程创建的那一刻就决定了未来随机数的情况，也就是伪随机。
10.3 nativePostForkChild
nativePostForkChild通过JNI最终调用调用如下方法：
[-> dalvik_system_ZygoteHooks.cc]
static void ZygoteHooks_nativePostForkChild(JNIEnv* env, jclass, jlong token, jint debug_flags,
jstring instruction_set) {
//此处token是由[小节8.3]创建的，记录着当前线程
Thread* thread = reinterpret_cast<Thread*>(token);
//设置新进程的主线程id
thread->InitAfterFork();
..
if (instruction_set != nullptr) {
ScopedUtfChars isa_string(env, instruction_set);
InstructionSet isa = GetInstructionSetFromString(isa_string.c_str());
Runtime::NativeBridgeAction action = Runtime::NativeBridgeAction::kUnload;
if (isa != kNone && isa != kRuntimeISA) {
action = Runtime::NativeBridgeAction::kInitialize;
}
//【见流程10.4】
Runtime::Current()->DidForkFromZygote(env, action, isa_string.c_str());
} else {
Runtime::Current()->DidForkFromZygote(env, Runtime::NativeBridgeAction::kUnload, nullptr);
}
}
10.4 DidForkFromZygote
[-> Runtime.cc]
void Runtime::DidForkFromZygote(JNIEnv* env, NativeBridgeAction action, const char* isa) {
is_zygote_ = false;
if (is_native_bridge_loaded_) {
switch (action) {
case NativeBridgeAction::kUnload:
UnloadNativeBridge(); //卸载用于跨平台的桥连库
is_native_bridge_loaded_ = false;
break;
case NativeBridgeAction::kInitialize:
InitializeNativeBridge(env, isa);//初始化用于跨平台的桥连库
break;
}
}
//创建Java堆处理的线程池
heap_->CreateThreadPool();
//重置gc性能数据，以保证进程在创建之前的GCs不会计算到当前app上。
heap_->ResetGcPerformanceInfo();
if (jit_.get() == nullptr && jit_options_->UseJIT()) {
//当flag被设置，并且还没有创建JIT时，则创建JIT
CreateJit();
}
//设置信号处理函数
StartSignalCatcher();
//启动JDWP线程，当命令debuger的flags指定"suspend=y"时，则暂停runtime
Dbg::StartJdwp();
}
关于信号处理过程，其代码位于signal_catcher.cc文件中，后续会单独讲解。
11. postForkCommon
[-> ZygoteHooks.java]
public void postForkCommon() {
Daemons.start();
}
public static void start() {
ReferenceQueueDaemon.INSTANCE.start();
FinalizerDaemon.INSTANCE.start();
FinalizerWatchdogDaemon.INSTANCE.start();
HeapTaskDaemon.INSTANCE.start();
}
VM_HOOKS.postForkCommon的主要功能是在fork新进程后，启动Zygote的4个Daemon线程，java堆整理，引用队列，以及析构线程。
12. forkAndSpecialize小结
该方法主要功能：
- preFork： 停止Zygote的4个Daemon子线程的运行，初始化gc堆；
- nativeForkAndSpecialize：调用
fork()创建新进程，设置新进程的主线程id，重置gc性能数据，设置信号处理函数等功能。 - postForkCommon：启动4个Deamon子线程。
其调用关系链：
Zygote.forkAndSpecialize
ZygoteHooks.preFork
Daemons.stop
ZygoteHooks.nativePreFork
dalvik_system_ZygoteHooks.ZygoteHooks_nativePreFork
Runtime::PreZygoteFork
heap_->PreZygoteFork()
Zygote.nativeForkAndSpecialize
com_android_internal_os_Zygote.ForkAndSpecializeCommon
fork()
Zygote.callPostForkChildHooks
ZygoteHooks.postForkChild
dalvik_system_ZygoteHooks.nativePostForkChild
Runtime::DidForkFromZygote
ZygoteHooks.postForkCommon
Daemons.start
时序图： 点击查看大图
到此App进程已完成了创建的所有工作，接下来开始新创建的App进程的工作。在前面ZygoteConnection.runOnce方法中，zygote进程执行完forkAndSpecialize()后，新创建的App进程便进入handleChildProc()方法，下面的操作运行在App进程。
四. 新进程运行
在前面[流程6]runOnce()过程中调用forkAndSpecialize()创建完新进程后，返回值pid=0(即运行在子进程)继续开始执行handleChildProc()方法。
13. handleChildProc
[-> ZygoteConnection.java]
private void handleChildProc(Arguments parsedArgs,
FileDescriptor[] descriptors, FileDescriptor pipeFd, PrintStream newStderr)
throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
//关闭Zygote的socket两端的连接
closeSocket();
ZygoteInit.closeServerSocket();
if (descriptors != null) {
try {
Os.dup2(descriptors[0], STDIN_FILENO);
Os.dup2(descriptors[1], STDOUT_FILENO);
Os.dup2(descriptors[2], STDERR_FILENO);
for (FileDescriptor fd: descriptors) {
IoUtils.closeQuietly(fd);
}
newStderr = System.err;
} catch (ErrnoException ex) {
Log.e(TAG, "Error reopening stdio", ex);
}
}
if (parsedArgs.niceName != null) {
//设置进程名
Process.setArgV0(parsedArgs.niceName);
}
if (parsedArgs.invokeWith != null) {
//据说这是用于检测进程内存泄露或溢出时场景而设计，后续还需要进一步分析。
WrapperInit.execApplication(parsedArgs.invokeWith,
parsedArgs.niceName, parsedArgs.targetSdkVersion,
VMRuntime.getCurrentInstructionSet(),
pipeFd, parsedArgs.remainingArgs);
} else {
//执行目标类的main()方法 【见流程14】
RuntimeInit.zygoteInit(parsedArgs.targetSdkVersion,
parsedArgs.remainingArgs, null);
}
}
14. zygoteInit
[–>RuntimeInit.java]
public static final void zygoteInit(int targetSdkVersion, String[] argv, ClassLoader classLoader)
throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
redirectLogStreams(); //重定向log输出
commonInit(); // 通用的一些初始化【见流程14.1】
nativeZygoteInit(); // zygote初始化 【见流程14.2】
applicationInit(targetSdkVersion, argv, classLoader); // 应用初始化【见流程14.3】
}
14.1 commonInit
[–>RuntimeInit.java]
private static final void commonInit() {
// 设置默认的未捕捉异常处理方法
Thread.setDefaultUncaughtExceptionHandler(new UncaughtHandler());
// 设置市区，中国时区为"Asia/Shanghai"
TimezoneGetter.setInstance(new TimezoneGetter() {
public String getId() {
return SystemProperties.get("persist.sys.timezone");
}
});
TimeZone.setDefault(null);
//重置log配置
LogManager.getLogManager().reset();
new AndroidConfig();
// 设置默认的HTTP User-agent格式,用于 HttpURLConnection。
String userAgent = getDefaultUserAgent();
System.setProperty("http.agent", userAgent);
// 设置socket的tag，用于网络流量统计
NetworkManagementSocketTagger.install();
}
默认的HTTP User-agent格式，例如：
"Dalvik/1.1.0 (Linux; U; Android 6.0.1；LenovoX3c70 Build/LMY47V)".
14.2 nativeZygoteInit
nativeZygoteInit()所对应的jni方法如下：
[–>AndroidRuntime.cpp]
static void com_android_internal_os_RuntimeInit_nativeZygoteInit(JNIEnv* env, jobject clazz)
{
//此处的gCurRuntime为AppRuntime，是在AndroidRuntime.cpp中定义的
gCurRuntime->onZygoteInit();
}
14.2.1 onZygoteInit
[–>app_main.cpp]
virtual void onZygoteInit()
{
sp<ProcessState> proc = ProcessState::self();
proc->startThreadPool(); //启动新binder线程
}
- ProcessState::self():主要工作是调用open()打开/dev/binder驱动设备，再利用mmap()映射内核的地址空间，将Binder驱动的fd赋值ProcessState对象中的变量mDriverFD，用于交互操作。startThreadPool()是创建一个新的binder线程，不断进行talkWithDriver().
- startThreadPool(): 启动Binder线程池, 详见进程的Binder线程池工作过程
14.3 applicationInit
[–>RuntimeInit.java]
private static void applicationInit(int targetSdkVersion, String[] argv, ClassLoader classLoader)
throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
//true代表应用程序退出时不调用AppRuntime.onExit()，否则会在退出前调用
nativeSetExitWithoutCleanup(true);
//设置虚拟机的内存利用率参数值为0.75
VMRuntime.getRuntime().setTargetHeapUtilization(0.75f);
VMRuntime.getRuntime().setTargetSdkVersion(targetSdkVersion);
final Arguments args;
try {
args = new Arguments(argv); //解析参数
} catch (IllegalArgumentException ex) {
return;
}
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
//调用startClass的static方法 main() 【见流程15】
invokeStaticMain(args.startClass, args.startArgs, classLoader);
}
此处args.startClass为”android.app.ActivityThread”。
15. invokeStaticMain
[–>RuntimeInit.java]
private static void invokeStaticMain(String className, String[] argv, ClassLoader classLoader)
throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
Class<?> cl = Class.forName(className, true, classLoader);
Method m = cl.getMethod("main", new Class[] { String[].class });
int modifiers = m.getModifiers();
...
//通过抛出异常，回到ZygoteInit.main()。这样做好处是能清空栈帧，提高栈帧利用率。【见流程16】
throw new ZygoteInit.MethodAndArgsCaller(m, argv);
}
invokeStaticMain()方法中抛出的异常MethodAndArgsCaller caller，该方法的参数m是指main()方法, argv是指ActivityThread.
根据前面的【流程4】中可知，下一步进入caller.run()方法，也就是MethodAndArgsCaller.run()。
16. MethodAndArgsCaller
[–>ZygoteInit.java]
public static class MethodAndArgsCaller extends Exception
implements Runnable {
public void run() {
try {
//根据传递过来的参数，此处反射调用ActivityThread.main()方法【见流程17】
mMethod.invoke(null, new Object[] { mArgs });
} catch (IllegalAccessException ex) {
throw new RuntimeException(ex);
} catch (InvocationTargetException ex) {
Throwable cause = ex.getCause();
if (cause instanceof RuntimeException) {
throw (RuntimeException) cause;
} else if (cause instanceof Error) {
throw (Error) cause;
}
throw new RuntimeException(ex);
}
}
}
到此，总算是进入到了ActivityThread类的main()方法。
17. ActivityThread.main
[–> ActivityThread.java]
public static void main(String[] args) {
...
Environment.initForCurrentUser();
...
Process.setArgV0("<pre-initialized>");
//创建主线程looper
Looper.prepareMainLooper();
ActivityThread thread = new ActivityThread();
//attach到系统进程
thread.attach(false);
if (sMainThreadHandler == null) {
sMainThreadHandler = thread.getHandler();
}
//主线程进入循环状态
Looper.loop();
throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}
五. 总结
Process.start()方法是阻塞操作，等待直到进程创建完成并返回相应的新进程pid，才完成该方法。
当App第一次启动时或者启动远程Service，即AndroidManifest.xml文件中定义了process:remote属性时，都需要创建进程。比如当用户点击桌面的某个App图标，桌面本身是一个app（即Launcher App），那么Launcher所在进程便是这次创建新进程的发起进程，该通过binder发送消息给system_server进程，该进程承载着整个java framework的核心服务。system_server进程从Process.start开始，执行创建进程，流程图（以进程的视角）如下：
点击查看大图
上图中，system_server进程通过socket IPC通道向zygote进程通信，zygote在fork出新进程后由于fork调用一次，返回两次，即在zygote进程中调用一次，在zygote进程和子进程中各返回一次，从而能进入子进程来执行代码。该调用流程图的过程：
- system_server进程（
即流程1~3）：通过Process.start()方法发起创建新进程请求，会先收集各种新进程uid、gid、nice-name等相关的参数，然后通过socket通道发送给zygote进程； - zygote进程（
即流程4~12）：接收到system_server进程发送过来的参数后封装成Arguments对象，图中绿色框forkAndSpecialize()方法是进程创建过程中最为核心的一个环节（详见流程6），其具体工作是依次执行下面的3个方法：- preFork()：先停止Zygote的4个Daemon子线程（java堆内存整理线程、对线下引用队列线程、析构线程以及监控线程）的运行以及初始化gc堆；
- nativeForkAndSpecialize()：调用linux的fork()出新进程，创建Java堆处理的线程池，重置gc性能数据，设置进程的信号处理函数，启动JDWP线程；
- postForkCommon()：在启动之前被暂停的4个Daemon子线程。
- 新进程（
即流程13~15）：进入handleChildProc()方法，设置进程名，打开binder驱动，启动新的binder线程；然后设置art虚拟机参数，再反射调用目标类的main()方法，即Activity.main()方法。
再之后的流程，如果是startActivity则将要进入Activity的onCreate/onStart/onResume等生命周期；如果是startService则将要进入Service的onCreate等生命周期。
system_server进程等待zygote返回进程创建完成(ZygoteConnection.handleParentProc), 一旦Zygote.forkAndSpecialize()方法执行完成, 那么分道扬镳, zygote告知system_server进程进程已创建, 而子进程继续执行后续的handleChildProc操作.
Tips: [小节11]RuntimeInit.java的方法nativeZygoteInit()会调用到onZygoteInit()，这个过程中有startThreadPool()创建Binder线程池。也就是说每个进程无论是否包含任何activity等组件，一定至少会包含一个Binder线程。
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