青春须早为，岂能长少年。这篇文章主要讲述Android系统启动-SystemServer上篇相关的知识，希望能为你提供帮助。
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基于android 6.0的源码剖析， 分析Android启动过程的system_server进程

/frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ - ZygoteInit.java - RuntimeInit.java - Zygote.java/frameworks/base/core/services/java/com/android/server/ - SystemServer.java/frameworks/base/core/jni/ - com_android_internal_os_Zygote.cpp - AndroidRuntime.cpp/frameworks/base/cmds/app_process/App_main.cpp

启动流程
SystemServer的在Android体系中所处的地位，SystemServer由Zygote fork生成的，进程名为system_server，该进程承载着framework的核心服务。  Android系统启动-zygote篇中讲到Zygote启动过程中会调用startSystemServer()，可知startSystemServer()函数是system_server启动流程的起点， 启动流程图如下：

文章图片

上图前4步骤（即颜色为紫色的流程）运行在是Zygote进程，从第5步（即颜色为蓝色的流程）ZygoteInit.handleSystemServerProcess开始是运行在新创建的system_server，这是fork机制实现的（fork会返回2次）。下面从startSystemServer()开始讲解详细启动流程。
1. startSystemServer
[– > ZygoteInit.java]

private  static  boolean  startSystemServer(String abiList, String socketName)  throws  MethodAndArgsCaller, RuntimeException  { ... //参数准备 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, "--nice-name=system_server", "--runtime-args", "com.android.server.SystemServer", }; ZygoteConnection.Arguments parsedArgs = null; int pid; try { //用于解析参数，生成目标格式 parsedArgs = new ZygoteConnection.Arguments(args); ZygoteConnection.applyDebuggerSystemProperty(parsedArgs); ZygoteConnection.applyInvokeWithSystemProperty(parsedArgs); // fork子进程，该进程是system_server进程【见小节2】 pid = Zygote.forkSystemServer( parsedArgs.uid, parsedArgs.gid, parsedArgs.gids, parsedArgs.debugFlags, null, parsedArgs.permittedCapabilities, parsedArgs.effectiveCapabilities); } catch (IllegalArgumentException ex) { throw new RuntimeException(ex); }//进入子进程system_server if (pid == 0) { if (hasSecondZygote(abiList)) { waitForSecondaryZygote(socketName); } // 完成system_server进程剩余的工作 【见小节5】 handleSystemServerProcess(parsedArgs); } return true; }

准备参数并fork新进程，从上面可以看出system server进程参数信息为uid=1000,gid=1000,进程名为sytem_server，从zygote进程fork新进程后，需要关闭zygote原有的socket。另外，对于有两个zygote进程情况，需等待第2个zygote创建完成。
2 forkSystemServer
[– > Zygote.java]

public  static  int  forkSystemServer(int  uid,  int  gid,  int[] gids,  int  debugFlags,  int[][] rlimits,  long  permittedCapabilities,  long  effectiveCapabilities)  { VM_HOOKS.preFork(); // 调用native方法fork system_server进程【见小节3】 int pid = nativeForkSystemServer( uid, gid, gids, debugFlags, rlimits, permittedCapabilities, effectiveCapabilities); if (pid == 0) { Trace.setTracingEnabled(true); } VM_HOOKS.postForkCommon(); return pid; }

nativeForkSystemServer()方法在AndroidRuntime.cpp中注册的，调用com_android_internal_os_Zygote.cpp中的register_com_android_internal_os_Zygote()方法建立native方法的映射关系，所以接下来进入如下方法。
3. nativeForkSystemServer
[– > com_android_internal_os_Zygote.cpp]

static jint com_android_internal_os_Zygote_nativeForkSystemServer( JNIEnv* env, jclass, uid_t uid, gid_t gid, jintArray gids, jint debug_flags, jobjectArray rlimits, jlong permittedCapabilities, jlong effectiveCapabilities) { //fork子进程，见【见小节4】 pid_t pid = ForkAndSpecializeCommon(env, uid, gid, gids, debug_flags, rlimits, permittedCapabilities, effectiveCapabilities, MOUNT_EXTERNAL_DEFAULT, NULL, NULL, true, NULL, NULL, NULL); if (pid > 0) { // zygote进程，检测system_server进程是否创建 gSystemServerPid = pid; int status; if (waitpid(pid, & status, WNOHANG) == pid) { //当system_server进程死亡后，重启zygote进程 RuntimeAbort(env); } } return pid; }

当system_server进程创建失败时，将会重启zygote进程。这里需要注意，对于Android 5.0以上系统，有两个zygote进程，分别是zygote、zygote64两个进程，system_server的父进程，一般来说64位系统其父进程是zygote64进程

1. 当kill system_server进程后，只重启zygote64和system_server，不重启zygote;
2. 当kill zygote64进程后，只重启zygote64和system_server，也不重启zygote；
3. 当kill zygote进程，则重启zygote、zygote64以及system_server。

4. 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)  { SetSigChldHandler(); //设置子进程的signal信号处理函数 pid_t pid = fork(); //fork子进程 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limitint 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 } UnsetSigChldHandler(); //设置子进程的signal信号处理函数为默认函数 //等价于调用zygote.callPostForkChildHooks() 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; }

fork()创建新进程，采用copy on write方式，这是linux创建进程的标准方法，会有两次return,对于pid==0为子进程的返回，对于pid> 0为父进程的返回。 到此system_server进程已完成了创建的所有工作，接下来开始了system_server进程的真正工作。在前面startSystemServer()方法中，zygote进程执行完forkSystemServer()后，新创建出来的system_server进程便进入handleSystemServerProcess()方法。关于fork()，可查看另一个文章理解Android进程创建流程。
5. handleSystemServerProcess
[– > ZygoteInit.java]

private  static  void  handleSystemServerProcess( ZygoteConnection.Arguments parsedArgs)  throws  ZygoteInit.MethodAndArgsCaller  {closeServerSocket(); //关闭父进程zygote复制而来的SocketOs.umask(S_IRWXG | S_IRWXO); if (parsedArgs.niceName != null) { Process.setArgV0(parsedArgs.niceName); //设置当前进程名为"system_server" }final String systemServerClasspath = Os.getenv("SYSTEMSERVERCLASSPATH"); if (systemServerClasspath != null) { //执行dex优化操作【见小节6】 performSystemServerDexOpt(systemServerClasspath); }if (parsedArgs.invokeWith != null) { String[] args = parsedArgs.remainingArgs; if (systemServerClasspath != null) { String[] amendedArgs = new String[args.length + 2]; amendedArgs[0] = "-cp"; amendedArgs[1] = systemServerClasspath; System.arraycopy(parsedArgs.remainingArgs, 0, amendedArgs, 2, parsedArgs.remainingArgs.length); } //启动应用进程 WrapperInit.execApplication(parsedArgs.invokeWith, parsedArgs.niceName, parsedArgs.targetSdkVersion, VMRuntime.getCurrentInstructionSet(), null, args); } else { ClassLoader cl = null; if (systemServerClasspath != null) { // 创建类加载器，并赋予当前线程 cl = new PathClassLoader(systemServerClasspath, ClassLoader.getSystemClassLoader()); Thread.currentThread().setContextClassLoader(cl); }//system_server故进入此分支【见小节7】 RuntimeInit.zygoteInit(parsedArgs.targetSdkVersion, parsedArgs.remainingArgs, cl); }/* should never reach here */ }

此处systemServerClasspath环境变量主要有/system/framework/目录下的services.jar，ethernet-service.jar, wifi-service.jar这3个文件
6. performSystemServerDexOpt
[– > ZygoteInit.java]

private  static  void  performSystemServerDexOpt(String classPath)  { final String[] classPathElements = classPath.split(":"); //创建一个与installd的建立socket连接 final InstallerConnection installer = new InstallerConnection(); //执行ping操作，直到与installd服务端连通为止 installer.waitForConnection(); final String instructionSet = VMRuntime.getRuntime().vmInstructionSet(); try { for (String classPathElement : classPathElements) { final int dexoptNeeded = DexFile.getDexOptNeeded( classPathElement, "*", instructionSet, false /* defer */); if (dexoptNeeded != DexFile.NO_DEXOPT_NEEDED) { //以system权限，执行dex文件优化 installer.dexopt(classPathElement, Process.SYSTEM_UID, false, instructionSet, dexoptNeeded); } } } catch (IOException ioe) { throw new RuntimeException("Error starting system_server", ioe); } finally { installer.disconnect(); //断开与installd的socket连接 } }

将classPath字符串中的apk，分别进行dex优化操作。真正执行优化工作通过socket通信将相应的命令参数，发送给installd来完成。
7. zygoteInit
[– > RuntimeInit.java]

public  static  final  void  zygoteInit(int  targetSdkVersion, String[] argv, ClassLoader classLoader)  throws  ZygoteInit.MethodAndArgsCaller  {Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "RuntimeInit"); redirectLogStreams(); //重定向log输出commonInit(); // 通用的一些初始化【见小节8】 nativeZygoteInit(); // zygote初始化 【见小节9】 applicationInit(targetSdkVersion, argv, classLoader); // 应用初始化【见小节10】 }

8. 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() { @Override 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)".

9. nativeZygoteInit
nativeZygoteInit()方法在AndroidRuntime.cpp中，进行了jni映射，对应下面的方法。
[– > 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(); }

[– > app_main.cpp]

virtual  void  onZygoteInit()  { sp< ProcessState> proc = ProcessState::self(); proc-> startThreadPool(); //启动新binder线程 }

ProcessState::self()是单例模式，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()，在binder系列文章中的注册服务(addService)详细这两个方法的执行原理。
10. 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() 【见小节11】 invokeStaticMain(args.startClass, args.startArgs, classLoader); }

在startSystemServer()方法中通过硬编码初始化参数，可知此处args.startClass为” com.android.server.SystemServer” 。
11. 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; try { m = cl.getMethod("main", new Class[] { String[].class }); } catch (NoSuchMethodException ex) { ... } catch (SecurityException ex) { ... }int modifiers = m.getModifiers(); if (! (Modifier.isStatic(modifiers) & & Modifier.isPublic(modifiers))) { ... }//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。【见小节12】 throw new ZygoteInit.MethodAndArgsCaller(m, argv); }

12. MethodAndArgsCaller
在Android系统启动-zygote篇中遗留了一个问题没有讲解，如下：
[– > ZygoteInit.java]

public  static  void  main(String argv[])  { try { startSystemServer(abiList, socketName); //启动system_server .... } catch (MethodAndArgsCaller caller) { caller.run(); //【见小节13】 } catch (RuntimeException ex) { closeServerSocket(); throw ex; } }

现在已经很明显了，是invokeStaticMain()方法中抛出的异常MethodAndArgsCaller，从而进入caller.run()方法。
[– > ZygoteInit.java]

public static class  MethodAndArgsCaller  extends  Exception  implements  Runnable  {public  void  run()  { try { //根据传递过来的参数，可知此处通过反射机制调用的是SystemServer.main()方法 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); } } }

【Android系统启动-SystemServer上篇】到此，总算是进入到了SystemServer类的main()方法， 在文章Android系统启动-SystemServer下篇中会紧接着这里开始讲述。

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