理解Android进程创建流程（转） / 憋错料

/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）

/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。

10.2 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。

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。

转自：http://gityuan.com/2016/03/26/app-process-create/

时间： 2024-10-08 23:38:56

理解Android进程创建流程（转）

一. 概述

准备知识

进程创建图

二. system_server发起请求

1. Process.start

2. startViaZygote

3. zygoteSendArgsAndGetResult

3.1 openZygoteSocketIfNeeded

三. Zygote创建进程

4. ZygoteInit.main

5. runSelectLoop

5.1 acceptCommandPeer

6. runOnce

7. forkAndSpecialize

7.1 Zygote进程

8. preFork

8.1 Daemons.stop

8.2 waitUntilAllThreadsStopped

8.3 nativePreFork

9. nativeForkAndSpecialize

10. ForkAndSpecializeCommon

10.1 fork()

10.2 Zygote.callPostForkChildHooks

10.3 nativePostForkChild

10.4 DidForkFromZygote

11. postForkCommon

12. forkAndSpecialize小结

四. 新进程运行

13. handleChildProc

14. zygoteInit

14.1 commonInit

14.2 nativeZygoteInit

14.2.1 onZygoteInit

14.3 applicationInit

15. invokeStaticMain

16. MethodAndArgsCaller

17. ActivityThread.main

五. 总结

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