第4章 深入理解 Zygote
本章主要内容
· 深入分析zygote，并介绍system_server进程的初始化工作。
本章涉及的源代码文件名及位置
下面是我们本章分析的源码文件名及其位置。
· App_main.cpp
framework/base/cmds/app_process/App_main.cpp
· AndroidRuntime.h
framework/base/include/android_runtime/AndroidRuntime.h
· android_debug_JNITest.cpp
framework/base/core/jni/android_debug_JNITest.cpp
· ZygoteInit.java
framework/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
· dalvik_system_Zygote.c
dalvik/vm/native/dalvik_system_Zygote.c
· RuntimeInit.java
framework/base/core/java/com/android/internal/os/RuntimeInit.java
· SystemServer.java
framework/base/services/java/com/android/server/SystemServer.java
· com_android_server_SystemServer.cpp
framework/base/services/jni/com_android_server_SystemServer.cpp
· system_init.cpp
framework/base/cmds/system_server/library/system_init.cpp
· Watchdog.java
framework/base/services/java/com/android/server/Watchdog.java
· ActivityManagerService.java
framework/base/services/java/com/android/server/am/ActivityManagerService.java
· Process.java
framework/base/core/java/android/os/Process.java
· ZygoteConnection.java
framework/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteConnection.java
4.1 综述
读者可能已经知道，Android系统存在着两个完全不同的世界：
· Java世界，Google放出的SDK主要就是针对这个世界的。在这个世界中运行的程序都是基于Dalvik虚拟机的Java程序。
· Native世界，也就是用Native语言C或C++开发的程序，它们组成了Native世界。
初次接触Android的人，可能会有几个疑问：
· Android是基于Linux内核构建的，它最早存在的肯定是Native世界，那么Java世界是什么时候创建的呢？
· 我们都知道，程序运行时一定要有一个进程，但是我们在编写Activity、Service的时候却绝少接触到“进程”这一概念。当然这是Google有意为之，但这些Activity或Service却又不能脱离“进程”而存在。那么，这个“进程”是怎么创建和运行的呢？这是一个值得琢磨的问题。
· 在程序中，我们经常使用系统的Service，那么，这些Service在哪里呢？
这些问题的答案都和我们本章的两位主人公zygote和system_server有关。zygote这个词的中文意思是“受精卵”，它和Android系统中的Java世界有着重要关系。而system_server则“人如其名”，系统中重要的service都驻留于Java中。
zygote和system_server这两个进程分别是Java世界的半边天，任何一个进程的死亡，都会导致Java世界的崩溃，够厉害吧？下面我们就来见识见识这两个重量级人物。
4.2 Zygote分析
Zygote本身是一个Native的应用程序，和驱动、内核等均无关系。根据第3章对于init的介绍我们可以知道，Zygote是由init进程根据init.rc文件中的配置项而创建的。在分析它之前，我们有必要先简单介绍一下“zygote”这个名字的来历。zygote最初的名字叫“app_process”，这个名字是在Android.mk文件中被指定的，但app_process在运行过程中，通过Linux下的pctrl系统调用将自己的名字换成了“zygote”，所以我们通过ps命令看到的进程名是“zygote”。
zygote玩的这一套“换名把戏”并不影响我们的分析，它的原型app_process所对应的源文件是App_main.cpp，代码如下所示：
[-->App_main.cpp]
int main(int argc, const char* const argv[])
{
/*
Zygote进程由init通过fork而来，我们回顾一下init.rc中设置的启动参数：
-Xzygote/system/bin --zygote --start-system-server
*/
mArgC= argc;
mArgV= argv;
mArgLen = 0;
for(int i=0; i<argc; i++) {
mArgLen += strlen(argv[i]) + 1;
}
mArgLen--;
AppRuntime runtime;
// 调用Appruntime的addVmArguments，这个函数很简单，读者可以自行分析
int i= runtime.addVmArguments(argc, argv);
if (i< argc) {
//设置runtime的mParentDir为/system/bin
runtime.mParentDir = argv[i++];
}
if (i< argc) {
arg = argv[i++];
if(0 == strcmp("--zygote", arg)) {
//我们传入的参数满足if的条件，而且下面的startSystemServer的值为true
bool startSystemServer = (i < argc) ?
strcmp(argv[i],"--start-system-server") == 0 : false;
setArgv0(argv0, "zygote");
//设置本进程名为zygote，这正是前文所讲的“换名把戏”。
set_process_name("zygote");
//①调用runtime的start，注意第二个参数startSystemServer为true
runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit",
startSystemServer);
}
......
}
......
}
Zygote的这个main函数虽很简单，但其重要功能却是由AppRuntime的start来完成的。下面，我们就来具体分析这个AppRuntime。
4.2.1 AppRuntime分析
AppRuntime类的声明和实现均在App_main.cpp中，它是从AndroidRuntime类派生出来的，图4-1显示了这两个类的关系和一些重要函数：
图4-1 AppRuntime和AndroidRuntime的关系
由上图我们可知：
· AppRuntime重载了onStarted、onZygoteInit和onExit函数。
前面的代码中调用了AndroidRuntime的start函数，由图4-1可知，这个start函数使用的是基类AndroidRuntime的start，我们来分析一下它，注意它的调用参数。
[-->AndroidRuntime.cpp]
void AndroidRuntime::start(const char*className, const bool startSystemServer)
{
//className的值是"com.android.internal.os.ZygoteInit"
//startSystemServer的值是true
char*slashClassName = NULL;
char*cp;
JNIEnv* env;
blockSigpipe();//处理SIGPIPE信号
......
constchar* rootDir = getenv("ANDROID_ROOT");
if (rootDir == NULL) {
//如果环境变量中没有ANDROID_ROOT,则新增该变量，并设置值为“/system"
rootDir = “/system";
......
setenv("ANDROID_ROOT", rootDir, 1);
}
//① 创建虚拟机
if(startVm(&mJavaVM, &env) != 0)
goto bail;
//②注册JNI函数
if(startReg(env) < 0) {
goto bail;
}
jclassstringClass;
jobjectArray strArray;
jstring classNameStr;
jstring startSystemServerStr;
stringClass = env->FindClass("java/lang/String");
//创建一个有两个元素的String数组，即Java代码 String strArray[] = new String[2]
strArray = env->NewObjectArray(2, stringClass, NULL);
classNameStr = env->NewStringUTF(className);
//设置第一个元素为"com.android.internal.os.ZygoteInit"
env->SetObjectArrayElement(strArray, 0, classNameStr);
startSystemServerStr = env->NewStringUTF(startSystemServer ?
"true" : "false");
//设置第二个元素为"true"，注意这两个元素都是String类型，即字符串。
env->SetObjectArrayElement(strArray, 1, startSystemServerStr);
jclassstartClass;
jmethodID startMeth;
slashClassName = strdup(className);
/*
将字符串“com.android.internal.os.ZygoteInit”中的“. ”换成“/”，
这样就变成了“com/android/internal/os/ZygoteInit”,这个名字符合JNI规范，
我们可将其简称为ZygoteInit类。
*/
for(cp = slashClassName; *cp != '\0'; cp++)
if(*cp == '.')
*cp = '/';
startClass = env->FindClass(slashClassName);
......
//找到ZygoteInit类的static main函数的jMethodId。
startMeth = env->GetStaticMethodID(startClass, "main",
"([Ljava/lang/String;)V");
......
/*
③通过JNI调用Java函数，注意调用的函数是main，所属的类是
com.android.internal.os.ZygoteInit，传递的参数是
“com.android.internal.os.ZygoteInit true”，
调用ZygoteInit的main函数后，Zygote便进入了Java世界！
也就是说，Zygote是开创Android系统中Java世界的盘古。
*/
env->CallStaticVoidMethod(startClass,startMeth, strArray);
//Zygote退出，在正常情况下，Zygote不需要退出。
if(mJavaVM->DetachCurrentThread() != JNI_OK)
LOGW("Warning: unable to detach main thread\n");
if(mJavaVM->DestroyJavaVM() != 0)
LOGW("Warning: VM did not shut down cleanly\n");
bail:
free(slashClassName);
}
通过上面的分析，我们找到了三个关键点，它们共同组成了开创Android系统中Java世界的三部曲。现在让我们来具体地观察它们。
1. 创建虚拟机——startVm
我们先看三部曲中的第一部：startVm，这个函数没有特别之处，就是调用JNI的虚拟机创建函数，但是虚拟机创建时的一些参数却是在startVm中被确定的，其代码如下所示：
[-->AndroidRuntime.cpp]
int AndroidRuntime::startVm(JavaVM** pJavaVM,JNIEnv** pEnv)
{
//这个函数绝大部分代码都是设置虚拟机的参数，我们只分析其中的两个。
/*
下面的代码是用来设置JNI check选项的。JNIcheck 指的是Native层调用JNI函数时，
系统所做的一些检查工作。例如调用NewUTFString函数时，系统会检查传入的字符串是不是符合
UTF-8的要求。JNI check还能检查资源是否正确释放。但这个选项也有其副作用，比如：
1）因为检查工作比较耗时，所以会影响系统运行速度。
2）有些检查过于严格，例如上面的字符串检查，一旦出错，则调用进程就会abort。
所以，JNI check选项一般只在调试的eng版设置，而正式发布的user版则不设置该选项。
下面这几句代码就控制着是否启用JNI check，这是由系统属性决定的，eng版如经过特殊配置，也可以去掉JNI check。
*/
property_get("dalvik.vm.checkjni",propBuf, "");
if(strcmp(propBuf, "true") == 0) {
checkJni = true;
} elseif (strcmp(propBuf, "false") != 0) {
property_get("ro.kernel.android.checkjni",propBuf, "");
if(propBuf[0] == '1') {
checkJni = true;
}
}
......
/*
设置虚拟机heapsize，默认为16MB。绝大多数厂商都会修改这个值，一般是32MB。
heapsize不能设置过小，否则在操作大尺寸的图片时无法分配所需内存。
这里有一个问题，即heapsize既然是系统级的属性，那么能否根据不同应用程序的需求来进行动
态调整？我开始也考虑过能否实现这一构想，不过希望很快就破灭了。对这一问题，我们将在拓展
部分深入讨论。
*/
strcpy(heapsizeOptsBuf, "-Xmx");
property_get("dalvik.vm.heapsize", heapsizeOptsBuf+4, "16m");
opt.optionString = heapsizeOptsBuf;
mOptions.add(opt);
if(checkJni) {
opt.optionString ="-Xcheck:jni";
mOptions.add(opt);
//JNIcheck中的资源检查，系统中创建的Globalreference个数不能超过2000
opt.optionString = "-Xjnigreflimit:2000";
mOptions.add(opt);
}
// 调用JNI_CreateJavaVM创建虚拟机，pEnv返回当前线程的JNIEnv变量
if(JNI_CreateJavaVM(pJavaVM, pEnv, &initArgs) < 0) {
LOGE("JNI_CreateJavaVM failed\n");
goto bail;
}
result= 0;
bail:
free(stackTraceFile);
returnresult;
}
关于dalvik虚拟机的详细参数，读者可以参见Dalvik/Docs/Dexopt.html中的说明。这个Docs目录下的内容，或许可帮助我们更深入地了解dalvik虚拟机。
2. 注册JNI函数——startReg
前面已经介绍了如何创建虚拟机，下一步则需要给这个虚拟机注册一些JNI函数。正是因为后续Java世界用到的一些函数是采用native方式来实现的，所以才必须提前注册这些函数。
下面我们来看看这个startReg函数，代码如下所示：
[-->AndroidRuntime.cpp]
int AndroidRuntime::startReg(JNIEnv* env)
{
//注意，设置Thread类的线程创建函数为javaCreateThreadEtc
//它的作用，将在对Thread分析一部分（第5章）中做详细介绍。
androidSetCreateThreadFunc((android_create_thread_fn)javaCreateThreadEtc);
env->PushLocalFrame(200);
//注册jni函数，gRegJNI是一个全局数组。
if(register_jni_procs(gRegJNI, NELEM(gRegJNI), env) < 0) {
env->PopLocalFrame(NULL);
return -1;
}
env->PopLocalFrame(NULL);
//下面这句话应当是“码农”休闲时的小把戏。在日新月异的IT世界中，它现已绝对是“文物”了。
//createJavaThread("fubar", quickTest, (void*)"hello");
return0;
}
我们来看看register_jni_procs，代码如下所示：
[-->AndroidRuntime.cpp]
static int register_jni_procs(const RegJNIRecarray[], size_t count, JNIEnv* env)
{
for(size_t i = 0; i < count; i++) {
if(array[i].mProc(env) < 0) {//仅仅是一个封装，调用数组元素的mProc函数
return -1;
}
}
return 0;
}
上面的函数调用的不过是数组元素的mProc函数，再让我们直接看看这个全局数组的gRegJNI变量。
[-->AndroidRuntime.cpp::gRegJNI声明]
static const RegJNIRec gRegJNI[] = {
REG_JNI(register_android_debug_JNITest),
REG_JNI(register_com_android_internal_os_RuntimeInit),
REG_JNI(register_android_os_SystemClock),
REG_JNI(register_android_util_EventLog),
REG_JNI(register_android_util_Log),
...//共有100项
};
REG_JNI是一个宏，宏里边包括的就是那个mProc函数，这里，我们来分析一个例子。
[-->android_debug_JNITest.cpp]
int register_android_debug_JNITest(JNIEnv* env)
{
//为android.debug.JNITest类注册它所需要的JNI函数
returnjniRegisterNativeMethods(env, "android/debug/JNITest",
gMethods,NELEM(gMethods));
}
哦，原来mProc就是为Java类注册JNI函数！
至此，虚拟机已创建好，JNI函数也已注册，下一步就要分析CallStaticVoidMethod了。通过这个函数，我们将进入Android所精心打造的Java世界，而且最佳情况是，永远也不回到Native世界。
4.2.2 Welcome to Java World
这个Java世界的入口在哪里？根据前面的分析，CallStaticVoidMethod最终将调用com.android.internal.os.ZygoteInit的main函数，下面就来看看这个入口函数。代码如下所示：
[-->ZygoteInit.java]
public static void main(String argv[]) {
try {
SamplingProfilerIntegration.start();
//①注册Zygote用的socket
registerZygoteSocket();
//②预加载类和资源
preloadClasses();
preloadResources();
......
// 强制一次垃圾收集
gc();
//我们传入的参数满足if分支
if (argv[1].equals("true")) {
startSystemServer();//③启动system_server进程
}else if (!argv[1].equals("false")) {
thrownew RuntimeException(argv[0] + USAGE_STRING);
}
// ZYGOTE_FORK_MODE被定义为false，所以满足else的条件
if(ZYGOTE_FORK_MODE) {
runForkMode();
}else {
runSelectLoopMode();//④zygote调用这个函数
}
closeServerSocket();//关闭socket
}catch (MethodAndArgsCaller caller) {
caller.run();//⑤很重要的caller run函数，以后分析
}catch (RuntimeException ex) {
closeServerSocket();
throw ex;
}
......
}
在ZygoteInit的main函数中，我们列举出了5大关键点，下面对其一一进行分析。先看第一点：registerZygoteSocket。
1. 建立IPC通信服务端——registerZygoteSocket
Zygote以及系统中其他程序的通信没有使用Binder，而是采用了基于AF_UNIX类型的Socket。registerZygoteSocket函数的使命正是建立这个Socket。代码如下所示：
[-->ZygoteInit.java]
private static void registerZygoteSocket() {
if(sServerSocket == null) {
intfileDesc;
try{
//从环境变量中获取Socket的fd，还记得第3章init中介绍的zygote是如何启动的吗？
//这个环境变量由execv传入。
String env = System.getenv(ANDROID_SOCKET_ENV);
fileDesc = Integer.parseInt(env);
}
try{
//创建服务端Socket，这个Socket将listen并accept Client
sServerSocket= new LocalServerSocket(createFileDescriptor(fileDesc));
}
}
}
registerZygoteSocket很简单，就是创建一个服务端的Socket。不过读者应该提前想到下面两个问题：
· 谁是客户端？
· 服务端会怎么处理客户端的消息？
建议：读者要好好学习与Socket相关的知识，这些知识对网络编程或简单的IPC使用，是会有帮助的。
2. 预加载类和资源
现在我们要分析的就是preloadClasses和preloadResources函数了。先来看看preloadClasses。
[-->ZygoteInit.java]
private static void preloadClasses() {
finalVMRuntime runtime = VMRuntime.getRuntime();
//预加载类的信息存储在PRELOADED_CLASSES变量中，它的值为"preloaded-classes"
InputStream is = ZygoteInit.class.getClassLoader().getResourceAsStream(
PRELOADED_CLASSES);
if(is == null) {
Log.e(TAG, "Couldn't find " + PRELOADED_CLASSES +".");
}else {
...... //做一些统计和准备工作
try {
BufferedReader br
= new BufferedReader(newInputStreamReader(is), 256);
//读取文件的每一行，忽略#开头的注释行
int count = 0;
String line;
String missingClasses = null;
while ((line = br.readLine()) != null) {
line = line.trim();
if(line.startsWith("#") || line.equals("")) {
continue;
}
try {
//通过Java反射来加载类，line中存储的是预加载的类名
Class.forName(line);
......
count++;
} catch(ClassNotFoundException e) {
......
} catch (Throwable t) {
......
}
}
...... //扫尾工作
}
}
preloadClasses看起来是如此简单，但是你知道它有多少个类需要预先加载吗？
用coolfind在framework中搜索名为“preloaded-classes”的文件，最后会在framework/base目录下找到。它是一个文本文件，内容如下：
# Classes which are preloaded bycom.android.internal.os.ZygoteInit.
# Automatically generated by
# frameworks/base/tools/preload/WritePreloadedClassFile.java.
# MIN_LOAD_TIME_MICROS=1250 //超时控制
android.R$styleable
android.accounts.AccountManager
android.accounts.AccountManager$4
android.accounts.AccountManager$6
android.accounts.AccountManager$AmsTask
android.accounts.AccountManager$BaseFutureTask
android.accounts.AccountManager$Future2Task
android.accounts.AuthenticatorDescription
android.accounts.IAccountAuthenticatorResponse$Stub
android.accounts.IAccountManager$Stub
android.accounts.IAccountManagerResponse$Stub
......//一共有1268行
这个preload-class一共有1268行，试想，加载这么多类得花多少时间！
说明：preload_class文件由framework/base/tools/preload工具生成，它需要判断每个类加载的时间是否大于1250微秒，超过这个时间的类就会被写到preload-classes文件中，最后由zygote预加载。这方面的内容，读者可参考有关preload工具中的说明，这里就不再赘述。
preloadClass函数的执行时间比较长，这是导致Android系统启动慢的原因之一。对这一块可以做一些优化，但优化是基于对整个系统有比较深入了解才能实现的。
注意：在拓展思考部分中，我们会讨论Android启动速度问题。
preloadResources和preloadClass类似，它主要是加载framework-res.apk中的资源。这里就不再介绍它了。
说明：在UI编程中常使用的com.android.R.XXX资源，是系统默认的资源，它们就是由Zygote加载的。
3. 启动system_server
我们现在要分析的是第三个关键点：startSystemServer。这个函数会创建Java世界中系统Service所驻留的进程system_server，该进程是framework的核心。如果它死了，就会导致zygote自杀。先来看看这个核心进程是如何启动的。
[-->ZygoteInit.java]
private static boolean startSystemServer()
throws MethodAndArgsCaller, RuntimeException {
//设置参数
String args[] = {
"--setuid=1000",//uid和gid等设置
"--setgid=1000",
"--setgroups=1001,1002,1003,1004,1005,1006,1007,1008,1009,1010,
3001,3002,3003",
"--capabilities=130104352,130104352",
"--runtime-init",
"--nice-name=system_server", //进程名，叫system_server
"com.android.server.SystemServer", //启动的类名
};
ZygoteConnection.Arguments parsedArgs = null;
int pid;
try {
//把上面字符串数组参数转换成Arguments对象。具体内容请读者自行分析。
parsedArgs = new ZygoteConnection.Arguments(args);
int debugFlags = parsedArgs.debugFlags;
//fork一个子进程，看来，这个子进程就是system_server进程。
pid = Zygote.forkSystemServer(
parsedArgs.uid,parsedArgs.gid,
parsedArgs.gids,debugFlags, null);
}catch (IllegalArgumentException ex) {
throw new RuntimeException(ex);
}
/*
关于fork的知识，请读者务花些时间去研究。如果对fork具体实现还感兴趣，可参考
《Linux内核源代码情景分析》一书。（该书由浙江大学出版社出版，作者为毛德操、胡希明）
下面代码中，如果pid为零，则表示处于子进程中，也就是处于system_server进程中。
*/
if(pid == 0) {
//① system_server进程的工作
handleSystemServerProcess(parsedArgs);
}
//zygote返回true
return true;
}
OK，这里出现了一个分水岭，即Zygote进行了一次无性繁殖，分裂出了一个system_server进程。关于它的故事，我们会在后文做专门分析，这里先说Zygote。
4. 有求必应之等待请求——runSelectLoopMode
当Zygote从startSystemServer返回后，将进入第四个关键函数：runSelectLoopMode。前面，在第一个关键点registerZygoteSocket中注册了一个用于IPC的Socket，不过那时还没有地方用到它。它的用途将在这个runSelectLoopMode中体现出来，请看下面的代码：
[-->ZygoteInit.java]
private static void runSelectLoopMode()
throws MethodAndArgsCaller {
ArrayList<FileDescriptor> fds = new ArrayList();
ArrayList<ZygoteConnection> peers = new ArrayList();
FileDescriptor[] fdArray = new FileDescriptor[4];
//sServerSocket是我们先前在registerZygoteSocket建立的Socket
fds.add(sServerSocket.getFileDescriptor());
peers.add(null);
int loopCount = GC_LOOP_COUNT;
while (true) {
int index;
try {
fdArray = fds.toArray(fdArray);
/*
selectReadable内部调用select，使用多路复用I/O模型。
当有客户端连接或有数据时，则selectReadable就会返回。
*/
index = selectReadable(fdArray);
}
else if (index == 0) {
//如有一个客户端连接上，请注意客户端在Zygote的代表是ZygoteConnection
ZygoteConnection newPeer = acceptCommandPeer();
peers.add(newPeer);
fds.add(newPeer.getFileDesciptor());
} else {
boolean done;
//客户端发送了请求，peers.get返回的是ZygoteConnection
//后续处理将交给ZygoteConnection的runOnce函数完成。
done = peers.get(index).runOnce();
}
}
runSelectLoopMode比较简单，就是：
· 处理客户连接和客户请求。其中客户在Zygote中用ZygoteConnection对象来表示。
· 客户的请求由ZygoteConnection的runOnce来处理。
建议：runSelectLoopMode比较简单，但它使用的select的背后所代表的思想却并非简单。建议读者以此为契机，认真学习常用的I/O模型，包括阻塞式、非阻塞式、多路复用、异步I/O等，掌握这些知识，对于未来编写大型系统很有帮助。
关于Zygote是如何处理请求的，将单独用一节内容进行讨论。
4.2.3 关于 Zygote的总结
Zygote是创建Android系统中Java世界的盘古，它创建了第一个Java虚拟机，同时它又是女娲，它成功地繁殖了framework的核心system_server进程。做为Java语言的受益者，我们理应回顾一下Zygote创建Java世界的步骤：
· 第一天：创建AppRuntime对象，并调用它的start。此后的活动则由AppRuntime来控制。
· 第二天：调用startVm创建Java虚拟机，然后调用startReg来注册JNI函数。
· 第三天：通过JNI调用com.android.internal.os.ZygoteInit类的main函数，从此进入了Java世界。然而在这个世界刚开创的时候，什么东西都没有。
· 第四天：调用registerZygoteSocket。通过这个函数，它可以响应子孙后代的请求。同时Zygote调用preloadClasses和preloadResources，为Java世界添砖加瓦。
· 第五天：Zygote觉得自己工作压力太大，便通过调用startSystemServer分裂一个子进程system_server来为Java世界服务。
· 第六天：Zygote完成了Java世界的初创工作，它已经很满足了。下一步该做的就是调用runSelectLoopMode后，便沉沉地睡去了。
· 以后的日子：Zygote随时守护在我们的周围，当接收到子孙后代的请求时，它会随时醒来，为它们工作。
如果支持中文编码的话，我一定要为Zygote取名为盘古_女娲。
4.3 SystemServer分析
SystemServer的进程名实际上叫做“system_server”，这里我们可将其简称为SS。SS做为Zygote的嫡长子，其重要性不言而喻。关于这一点，通过代码分析便可马上知晓。
4.3.1 SystemServer的诞生
我们先回顾一下SS是怎么创建的。
String args[] = {
"--setuid=1000",
"--setgid=1000",
"--setgroups=1001,1002,1003,1004,1005,1006,1007,1008,1009,1010,
3001,3002,3003",
"--capabilities=130104352,130104352",
"--runtime-init",
"--nice-name=system_server",
"com.android.server.SystemServer",
};
ZygoteConnection.Arguments parsedArgs = null;
int pid;
parsedArgs = new ZygoteConnection.Arguments(args);
intdebugFlags = parsedArgs.debugFlags;
pid = Zygote.forkSystemServer( //调用forkSystemServer
parsedArgs.uid,parsedArgs.gid,
parsedArgs.gids,debugFlags, null);
从上面的代码中可以看出，SS是由Zygote通过Zygote.forkSystemServer函数fork诞生出来的。这里会有什么玄机吗？先来一起看看forkSystemServer的实现。它是一个native函数，实现在dalvik_system_Zygote.c中，如下所示：
[-->dalvik_system_Zygote.c]
static voidDalvik_dalvik_system_Zygote_forkSystemServer(
const u4* args, JValue* pResult)
{
pid_tpid;
//根据参数，fork一个子进程
pid =forkAndSpecializeCommon(args);
if (pid > 0) {
int status;
gDvm.systemServerPid = pid;//保存system_server的进程id
//函数退出前须先检查刚创建的子进程是否退出了。
if(waitpid(pid, &status, WNOHANG) == pid) {
//如果system_server退出了，Zygote直接干掉了自己
//看来Zygote和SS的关系异常紧密，简直是生死与共！
kill(getpid(), SIGKILL);
}
}
RETURN_INT(pid);
}
下面，再看看forkAndSpecializeCommon，代码如下所示：
[-->dalvik_system_Zygote.c]
static pid_t forkAndSpecializeCommon(const u4*args)
{
pid_tpid;
uid_tuid = (uid_t) args[0];
gid_tgid = (gid_t) args[1];
ArrayObject* gids = (ArrayObject *)args[2];
u4debugFlags = args[3];
ArrayObject *rlimits = (ArrayObject *)args[4];
//设置信号处理，待会儿要看看这个函数。
setSignalHandler();
pid =fork(); //fork子进程
if (pid== 0) {
//对子进程要根据传入的参数做一些处理，例如设置进程名，设置各种id（用户id，组id等）
}
......
}
最后看看setSignalHandler函数，它由Zygote在fork子进程前调用，代码如下所示：
[-->dalvik_system_Zygote.c]
static void setSignalHandler()
{
interr;
structsigaction sa;
memset(&sa, 0, sizeof(sa));
sa.sa_handler = sigchldHandler;
err =sigaction (SIGCHLD, &sa, NULL);//设置信号处理函数，该信号是子进程死亡的信号
}
//我们直接看这个信号处理函数sigchldHandler
static void sigchldHandler(int s)
{
pid_tpid;
intstatus;
while((pid = waitpid(-1, &status, WNOHANG)) > 0) {
} else if (WIFSIGNALED(status)) {
}
}
//如果死去的子进程是SS，则Zygote把自己也干掉了，这样就做到了生死与共！
if(pid == gDvm.systemServerPid) {
kill(getpid(), SIGKILL);
}
}
OK，做为Zygote的嫡长子，SS确实具有非常高的地位，竟然到了与Zygote生死与共的地步!它为什么这么重要呢？我们现在就从forkSystemServer来分析SS究竟承担了怎样的工作使命。
关于源代码定位的问题，不少人当面对浩瀚的代码时，常常不知道具体函数是在哪个文件中定义的。这里，就Source insight的使用提几点建议：
1）加入工程的时候，不要把所有目录全部加进去，否则会导致解析速度异常缓慢。我们可以先加入framework目录，如以后另有需要时，再加入其他目录。
2）除了Sourceinsight的工具外，还需要有一个能搜索文件中特定字符串的工具，我用的是coolfind。forkSystemServer这个函数，就是通过它在源码中搜索到的，并且找到了实现文件dalvik_system_Zygote.c。在Linux下也有对应工具，但工作速度比coolfind缓慢。
3） 在Linux下，可通过wine（一个支持Linux平台安装Windows软件的工具）安装Source insight。
4.3.2 SystemServer的重要使命
SS诞生后，便和生父Zygote分道扬镳，它有了自己的历史使命。它的使命是什么呢？其代码如下所示：
pid =Zygote.forkSystemServer();
if(pid == 0) { //SS进程返回0，那么下面这句话就是SS的使命：
handleSystemServerProcess(parsedArgs);
}
SS调用handleSystemServerProcess来承担自己的职责。
[-->ZygoteInit.java]
private static void handleSystemServerProcess(
ZygoteConnection.ArgumentsparsedArgs)
throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
//关闭从Zygote那里继承下来的Socket。
closeServerSocket();
//设置SS进程的一些参数。
setCapabilities(parsedArgs.permittedCapabilities,
parsedArgs.effectiveCapabilities);
//调用ZygoteInit函数。
RuntimeInit.zygoteInit(parsedArgs.remainingArgs);
}
好了，SS走到RuntimeInit了，它的代码在RuntimeInit.java中，如下所示：
[-->RuntimeInit.java]
public static final void zygoteInit(String[]argv)
throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
//做一些常规初始化
commonInit();
//①native层的初始化。
zygoteInitNative();
intcurArg = 0;
for (/* curArg */ ; curArg < argv.length; curArg++) {
String arg = argv[curArg];
if (arg.equals("--")) {
curArg++;
break;
} else if (!arg.startsWith("--")) {
break;
} else if (arg.startsWith("--nice-name=")) {
String niceName = arg.substring(arg.indexOf('=') + 1);
//设置进程名为niceName，也就是"system_server"
Process.setArgV0(niceName);
}
}
//startClass名为"com.android.server.SystemServer"
String startClass = argv[curArg++];
String[] startArgs = new String[argv.length - curArg];
System.arraycopy(argv, curArg, startArgs, 0, startArgs.length);
//②调用startClass，也就是com.android.server.SystemServer类的main函数。
invokeStaticMain(startClass, startArgs);
}
对于上面列举出的两个关键点，我们一个一个地分析。
1. zygoteInitNative分析
先看zygoteInitNative，它是一个native函数，实现在AndroidRuntime.cpp中。
[-->AndroidRuntime.cpp]
static voidcom_android_internal_os_RuntimeInit_zygoteInit(
JNIEnv* env,jobject clazz)
{
gCurRuntime->onZygoteInit();
}
//gCurRuntime是什么？还记得我们在本章开始说的app_process的main函数吗？
int main(int argc, const char* const argv[])
{
AppRuntime runtime;// 就是这个。当时我们没顾及它的构造函数，现在回过头看看。
}
//AppRuntime的定义
class AppRuntime : public AndroidRuntime
static AndroidRuntime* gCurRuntime = NULL; // gCurRuntime为全局变量。
AndroidRuntime::AndroidRuntime()
{
SkGraphics::Init();//Skia库初始化
SkImageDecoder::SetDeviceConfig(SkBitmap::kRGB_565_Config);
SkImageRef_GlobalPool::SetRAMBudget(512 * 1024);
gCurRuntime= this; //gCurRuntime被设置为AndroidRuntime对象自己
}
由于SS是从Zygote fork出来的，所以它也拥有Zygote进程中定义的这个gCurRuntime，也就是AppRuntime对象。那么，它的onZygoteInit会干些什么呢？它的代码在App_main.cpp中，我们一起来看：
[-->App_main.cpp]
virtual void onZygoteInit()
{
//下面这些东西和Binder有关系，但读者可以先不管它。
sp<ProcessState> proc = ProcessState::self();
if(proc->supportsProcesses()) {
proc->startThreadPool();//启动一个线程，用于Binder通信。
}
}
一言以蔽之，SS调用zygoteInitNative后，将和Binder通信系统建立联系，这样SS就能够使用Binder了。关于Binder的知识，在第6章中将详细介绍，读者朋友现在不必关注。
2. invokeStaticMain分析
再来看第二个关键点invokeStaticMain。代码如下所示：
[-->RuntimeInit.java]
private static void invokeStaticMain(StringclassName, String[] argv)
throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
......//注意我们的参数，className为"com.android.server.SystemServer"
Class<?> cl;
try {
cl = Class.forName(className);
}catch (ClassNotFoundException ex) {
throw new RuntimeException(
"Missing class wheninvoking static main " + className,
ex);
}
Method m;
try {
//找到com.android.server.SystemServer类的main函数，肯定有地方要调用它
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))) {
......
}
//抛出一个异常，为什么不在这里直接调用上面的main函数呢？
throw new ZygoteInit.MethodAndArgsCaller(m, argv);
}
invokeStaticMain竟然抛出了一个异常，它是在哪里被截获呢？原来是在ZygoteInit的main函数中。请看这段代码：
注意：我们所在的进程是system_server。
[-->ZygoteInit.java]
....
if (argv[1].equals("true")) {
//SS进程中，抛出一个异常MethodAndArgsCaller
startSystemServer();
......
catch(MethodAndArgsCaller caller) {
//被截获，调用caller的run函数
caller.run();
}
再来看看MethodAndArgsCaller的run函数。
public void run() {
try {
//这个mMethod为com.android.server.SystemServer的main函数
mMethod.invoke(null, new Object[] { mArgs });
} catch(IllegalAccessException ex) {
......
}
}
抛出的这个异常最后会导致com.android.server.SystemServer类的main函数被调用。不过这里有一个疑问，为什么不在invokeStaticMain那里直接调用，而是采用这种抛异常的方式呢？我对这个问题的看法是：
· 这个调用是在ZygoteInit.main中，相当于Native的main函数，即入口函数，位于堆栈的顶层。如果不采用抛异常的方式，而是在invokeStaticMain那里调用，则会浪费之前函数调用所占用的一些调用堆栈。
关于这个问题的深层思考，读者可以利用fork和exec的知识。对这种抛异常的方式，我个人觉得是对exec的一种近似模拟，因为后续的工作将交给com.android.server.SystemServer类来处理。
3. SystemServer的真面目
ZygoteInit分裂产生的SS，其实就是为了调用com.android.server.SystemServer的main函数，这简直就是改头换面！下面就来看看这个真实的main函数，代码如下所示：
[-->SystemServer.java]
public static void main(String[] args) {
......
//加载libandroid_servers.so
System.loadLibrary("android_servers");
//调用native的init1函数。
init1(args);
}
其中main函数将加载libandroid_server.so库，这个库所包含的源码文件在文件夹framework/base/services/jni下。
（1）init1分析
init1是native函数，在com_android_server_SystemServer.cpp中实现。来看看它，代码如下所示：
[-->com_android_server_SystemServer.cpp]
extern "C" int system_init();
static voidandroid_server_SystemServer_init1(JNIEnv* env, jobject clazz)
{
system_init();//调用另外一个函数。
}
system_init的实现在system_init.cpp中，它的代码如下所示：
[-->system_init.cpp]
extern "C" status_t system_init()
{
//下面这些调用和Binder有关，我们会在第6章中讲述，这里先不必管它。
sp<ProcessState> proc(ProcessState::self());
sp<IServiceManager> sm = defaultServiceManager();
sp<GrimReaper>grim = new GrimReaper();
sm->asBinder()->linkToDeath(grim, grim.get(), 0);
charpropBuf[PROPERTY_VALUE_MAX];
property_get("system_init.startsurfaceflinger", propBuf,"1");
if(strcmp(propBuf, "1") == 0) {
//SurfaceFlinger服务在system_server进程创建
SurfaceFlinger::instantiate();
}
......
//调用com.android.server.SystemServer类的init2函数
AndroidRuntime* runtime = AndroidRuntime::getRuntime();
runtime->callStatic("com/android/server/SystemServer","init2");
//下面这几个函数调用和Binder通信有关，具体内容在第6章中介绍。
if (proc->supportsProcesses()) {
ProcessState::self()->startThreadPool();
//调用joinThreadPool后，当前线程也加入到Binder通信的大潮中
IPCThreadState::self()->joinThreadPool();
}
returnNO_ERROR;
}
init1函数创建了一些系统服务，然后把调用线程加入Binder通信中。不过其间还通过JNI调用了com.android.server.SystemServer类的init2函数，下面就来看看这个init2函数。
（2）init2分析
init2在Java层，代码在SystemServer.java中，如下所示：
[-->SystemServer.java]
public static final void init2() {
Threadthr = new ServerThread();
thr.setName("android.server.ServerThread");
thr.start();//启动一个ServerThread
}
启动了一个ServerThread线程。请直接看它的run函数。这个函数比较长，大概看看它干了什么即可。
[-->SystemServer.java::ServerThread的run函数]
public void run(){
....
//启动Entropy Service
ServiceManager.addService("entropy",new EntropyService());
//启动电源管理服务
power =new PowerManagerService();
ServiceManager.addService(Context.POWER_SERVICE, power);
//启动电池管理服务。
battery= new BatteryService(context);
ServiceManager.addService("battery", battery);
//初始化看门狗，在拓展部分将介绍关于看门狗的知识
Watchdog.getInstance().init(context,battery, power, alarm,
ActivityManagerService.self());
//启动WindowManager服务
wm =WindowManagerService.main(context, power,
factoryTest !=SystemServer.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL);
ServiceManager.addService(Context.WINDOW_SERVICE,wm);
//启动ActivityManager服务
(ActivityManagerService)ServiceManager.getService("activity"))
.setWindowManager(wm);
......//总之，系统各种重要服务都在这里启动
Looper.loop(); //进行消息循环，然后处理消息。关于这部分内容参见第5章。
}
init2函数比较简单，就是单独创建一个线程，用以启动系统各项服务，至此，读者或许能理解SS的重要性了吧？
· Java世界的核心Service都在这里启动，所以它非常重要。
说明：本书不对这些Service做进一步分析，今后有机会再做做专门介绍。
4.3.3 关于 SystemServer的总结
SS曲折的调用流程真让人眼花缭乱，我们用图4-2来展示这一过程：
图4-2 SystemServer的调用流程
注意：init1函数最终导致进程的主线程加入到Binder通信的大潮中，关于Binder的知识，在第6章中介绍。
4.4 Zygote的分裂
前文已经讲道，Zygote分裂出嫡长子system_server后，就通过runSelectLoopMode等待并处理来自客户的消息，那么，谁会向Zygote发送消息呢？这里，以一个Activity的启动为例，具体分析Zygote是如何分裂和繁殖的。
4.4.1 ActivityManagerService发送请求
ActivityManagerService也是由SystemServer创建的。假设通过startActivit来启动一个新的Activity，而这个Activity附属于一个还未启动的进程，那么这个进程该如何启动呢？先来看看ActivityManagerService中的startProcessLocked函数，代码如下所示：
[-->ActivityManagerService.java]
private final void startProcessLocked(ProcessRecordapp,
String hostingType, String hostingNameStr){
......//这个ActivityManagerService类很复杂，有14657行！！！
if("1".equals(SystemProperties.get("debug.checkjni"))) {
debugFlags |= Zygote.DEBUG_ENABLE_CHECKJNI;
}
if("1".equals(SystemProperties.get("debug.assert"))) {
debugFlags |= Zygote.DEBUG_ENABLE_ASSERT;
}
//这个Process类是Android提供的，并非JDK中的Process类
intpid = Process.start("android.app.ActivityThread",
mSimpleProcessManagement ?app.processName : null, uid, uid,
gids, debugFlags, null);
......
}
接着来看看Process的start函数，这个Process类是android.os.Process，它的代码在Process.java中，代码如下所示：
[-->Process.java]
public static final int start(final StringprocessClass,final String niceName,
int uid, int gid, int[] gids,intdebugFlags,String[] zygoteArgs)
{
//注意，processClass的值是"android.app.ActivityThread"。
if(supportsProcesses()) {
try {
//调用startViaZygote。
return startViaZygote(processClass, niceName, uid, gid, gids,
debugFlags,zygoteArgs);
}
}
}
[-->Process.java::startViaZygote()]
private static int startViaZygote(final StringprocessClass,
final String niceName,final int uid, finalint gid,final int[] gids,
intdebugFlags,String[] extraArgs) throws ZygoteStartFailedEx {
int pid;
......//一些参数处理，最后调用zygoteSendArgsAndGetPid函数。
argsForZygote.add("--runtime-init");//这个参数很重要
argsForZygote.add("--setuid=" +uid);
argsForZygote.add("--setgid=" + gid);
pid =zygoteSendArgsAndGetPid(argsForZygote);
return pid;
}
[-->Process.java::zygoteSendArgsAndGetPid()]
private static intzygoteSendArgsAndGetPid(ArrayList<String> args)
throwsZygoteStartFailedEx {
intpid;
// openZygoteSocketIfNeeded？是不是打开了和Zygote通信的Socket？
openZygoteSocketIfNeeded();
try {
//把请求的参数发到Zygote。
sZygoteWriter.write(Integer.toString(args.size()));
sZygoteWriter.newLine();
sZygoteWriter.write(arg);
sZygoteWriter.newLine();
}
//读取Zygote处理完的结果，便得知是某个进程的pid！
sZygoteWriter.flush();
pid= sZygoteInputStream.readInt();
return pid;
}
[-->Process.java]
private static void openZygoteSocketIfNeeded()throws ZygoteStartFailedEx {
try {
sZygoteSocket = new LocalSocket();//果真如此！！
//连接Zygote
sZygoteSocket.connect(new LocalSocketAddress(ZYGOTE_SOCKET,
LocalSocketAddress.Namespace.RESERVED));
sZygoteInputStream
= newDataInputStream(sZygoteSocket.getInputStream());
sZygoteWriter = new BufferedWriter(
new OutputStreamWriter(
sZygoteSocket.getOutputStream()),256);
}
}
}
}
好了，ActivityManagerService终于向Zygote发送请求了。请求的参数中有一个字符串，它的值是“android.app.ActivityThread”。现在该回到Zygote处理请求那块去看看了。
注意：由于ActivityManagerService驻留于SystemServer进程中，所以正是SS向Zygote发送了消息。
4.4.2 有求必应之响应请求
前面有一节，题目叫“有求必应之等待请求”，那么这一节“有求必应之响应请求”会回到ZygoteInit。下面就看看它是如何处理请求的。
[--->ZygoteInit.java]
private static void runSelectLoopMode() throwsMethodAndArgsCaller{
......
try {
fdArray = fds.toArray(fdArray);
......
else if (index == 0) {
ZygoteConnection newPeer = acceptCommandPeer();
peers.add(newPeer);
fds.add(newPeer.getFileDesciptor());
} else {
boolean done;
//调用ZygoteConnection的runOnce
done = peers.get(index).runOnce();
}
......
}
每当有请求数据发来时，Zygote都会调用ZygoteConnection的runOnce函数。ZygoteConnection代码在ZygoteConnection.java文件中，来看看它的runOnce函数：
[-->ZygoteConnection.java]
boolean runOnce() throwsZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
try {
args = readArgumentList();//读取SS发送过来的参数
descriptors = mSocket.getAncillaryFileDescriptors();
}
......
int pid;
try {
parsedArgs = new Arguments(args);
applyUidSecurityPolicy(parsedArgs, peer);
//根据函数名，可知Zygote又分裂出了一个子进程。
pid =Zygote.forkAndSpecialize(parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,
parsedArgs.gids,parsedArgs.debugFlags, rlimits);
}
......
if(pid == 0) {
//子进程处理，这个子进程是不是我们要创建的Activity对应的子进程呢？
handleChildProc(parsedArgs, descriptors, newStderr);
return true;
}else {
//zygote进程
return handleParentProc(pid, descriptors, parsedArgs);
}
}
接下来，看看新创建的子进程在handleChildProc中做了些什么。
[-->ZygoteConnection.java]
private void handleChildProc(ArgumentsparsedArgs,FileDescriptor[] descriptors,
PrintStream newStderr) throwsZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
......//根据传入的参数设置新进程的一些属性
//SS发来的参数中有“--runtime-init“，所以parsedArgs.runtimeInit为true。
if(parsedArgs.runtimeInit) {
RuntimeInit.zygoteInit(parsedArgs.remainingArgs);
}else {
......
}
}
[-->RuntimeInit.java]
public static final void zygoteInit(String[]argv)
throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
//重定向标准输出和错误输出
System.setOut(new AndroidPrintStream(Log.INFO, "System.out"));
System.setErr(new AndroidPrintStream(Log.WARN, "System.err"));
commonInit();
//下面这个函数为native函数，最终会调用AppRuntime的onZygoteInit，在那个函数中
//建立了和Binder的关系
zygoteInitNative();
int curArg = 0;
......
String startClass = argv[curArg++];
String[] startArgs = new String[argv.length - curArg];
System.arraycopy(argv, curArg, startArgs, 0, startArgs.length);
//最终还是调用invokeStaticMain函数，这个函数我们已经见识过了。
invokeStaticMain(startClass, startArgs);
}
Zygote分裂子进程后，自己将在handleParentProc中做一些扫尾工作，然后继续等待请求进行下一次分裂。
这个android.app.ActivityThread类，实际上是Android中apk程序所对应的进程，它的main函数就是apk程序的main函数。从这个类的命名（android.app）中也可以看出些端倪。
通过这一节的分析，读者可以想到，Android系统运行的那些apk程序，其父都是zygote。这一点，可以通过adb shell登录后，用ps命令查看进程和父进程号来确认。
4.4.3 关于 Zygote分裂的总结
Zygote的分裂由SS控制，这个过程我们用图4-3来表示：
图4-3 Zygote响应请求的过程
说明：这里借用了UML的时序图来表达Zygote响应请求的过程。
4.5 拓展思考
4.5.1 虚拟机heapsize的限制
在分析Zygote创建虚拟机的时候，我们说过系统默认设置的Java虚拟机堆栈最大为16MB，这个值对于需要使用较大内存的程序（例如图片处理程序）来说还远远不够。当然，可以修改这个默认值，例如我的HTC G7就将其修改为32MB了，但是这个改动是全局性的，也就是所有的Java程序都会是这个32MB。我们能动态配置这个值吗？例如：
· 设置一个配置文件，每个进程启动的时候根据配置文件的参数来设置堆大小。
不过正如前面所说，我的这一美好愿望最终破灭了，原因只有一个：
· Zygote是通过fork来创建子进程的，Zygote本身设置的信息会被子进程全部继承，例如Zygote设置的堆栈为16MB，那么它的子进程也是用这个16MB。
关于这个问题，我目前想到了两个解决方案：
· 为Dalivk增加一个函数，这个函数允许动态调整最大堆的大小。
· Zygote通过fork子进程后，调用exec家族的函数来加载另外一个映像，该映像对应的程序会重新创建虚拟机，重新注册JNI函数，也就是模拟Zygote创世界中前两天的工作，最后调用android.app.ActivityThread的main函数。这种方式应该是可行的，但难度较大，而且会影响运行速度。
关于本节所提出的问题，欢迎广大读者踊跃讨论。
4.5.2 开机速度优化
Android开机速度慢这一现象一直受人诟病，Google好像也没有要做这方面优化的意向，那么，在实际工作中又在哪些地方可以做一些优化呢？根据我目前所掌握的资料分析，有三个地方耗时比较长：
· ZygoteInit的main函数中preloadClasses加载的那一千多个类。
· 开机启动时，会对系统内所有的apk文件扫描并收集信息，这个动作耗费的时间非常长。
· SystemServer创建的那些Service，会占用不少时间。
我们这里讨论第一个问题，如何减少preloadClasses的时间呢？其实，这个函数是可以去掉的，因为系统最终还是会在使用这些类时去加载，但这样就破坏了Android采用fork机制来创建Java进程的本意，而fork机制的好处则是显而易见的：
· Zygote预加载的这些class，在fork子进程时，仅需做一个复制即可。这样就节约了子进程的启动时间。
· 根据fork的copy-on-write机制，有些类如果不做改变，甚至连复制都不用，它们会直接和父进程共享数据。这样就会省去不少内存的占用。
开机速度优化是一项比较复杂的研究，目前有人使用Berkeley Lab Checkpoint/Restart（BLCR）技术来提升开机速度。这一技术的构想其实挺简单，就是对当前系统做一个快照，保存到一个文件中，当系统重启时，直接根据文件的快照信息来恢复重启之前的状态。当然想法很简单，实现却是很复杂的，这里，我们对此不做进一步的讨论了，读者可自行展开深入的思考和研究。
我在VMWare虚拟机上使用过类似的技术，它叫Snapshort。开机速度的问题我更希望Google自己能加以重视并推动它的解决。
4.5.3 Watchdog分析
本章我们没有对SystemServer做更进一步的分析，不过做为拓展内容，这里想介绍一下Watchdog。Watch Dog的中文意思是“看门狗”。我依稀记得，其最初存在的意义是因为早期嵌入式设备上的程序经常“跑飞”（比如说电磁干扰等），所以专门有个硬件看门狗，每隔一段时间，看门狗就去检查一下某个参数是不是被设置了，如果发现该参数没有被设置，则判断为系统出错，然后就会强制重启。
软件层面上Android对SystemServer对参数是否被设置也很谨慎，专门为它增加了一条看门狗，可它看的是哪个门呢？对了，就是看几个重要Service的门，一旦发现Service出了问题，就会杀掉system_server，这样就使zygote随其一起自杀，最后导致重启Java世界。
我们先把SystemServe使用Watchdog的调用流程总结一下，然后以这个为切入点来分析Watchdog。SS和Watchdog的交互流程可以总结为以下三个步骤：
· Watchdog. getInstance().init()
· Watchdog.getInstance().start()
· Watchdog. getInstance().addMonitor()
这三个步骤都非常简单。先看第一步：
1. 创建和初始化Watchdog
getInstance用于创建Watchdog，一起来看看，代码如下所示：
[-->Watchdog.java]
public static Watchdog getInstance() {
if(sWatchdog == null) {
sWatchdog= new Watchdog(); //使用了单例模式。
}
returnsWatchdog;
}
public class Watchdog extends Thread
//Watchdog从线程类派生，所以它会在单独的一个线程中执行
private Watchdog() {
super("watchdog");
//构造一个Handler,Handler的详细分析见第5章，读者可以简单地把它看做是消息处理的地方。
//它在handleMessage函数中处理消息
mHandler = new HeartbeatHandler();
//GlobalPssCollected和内存信息有关。
mGlobalPssCollected= new GlobalPssCollected();
}
这条看门狗诞生后，再来看看init函数，代码如下所示：
[-->Watchdog.java]
public void init(Context context, BatteryServicebattery,
PowerManagerService power, AlarmManagerService alarm,
ActivityManagerService activity) {
mResolver = context.getContentResolver();
mBattery = battery;
mPower = power;
mAlarm = alarm;
mActivity = activity;
......
mBootTime = System.currentTimeMillis();//得到当前时间
......
}
至此，看门狗诞生的知识就介绍完了，下面我们就让它动起来。
2. 看门狗跑起来
SystemServer调用Watchdog的start函数，这将导致Watchdog的run在另外一个线程中被执行。代码如下所示：
[-->Watchdog.java]
public void run() {
booleanwaitedHalf = false;
while(true) {//外层while循环
mCompleted= false; //false表明各个服务的检查还没完成。
/*
mHandler的消息处理是在另外一个线程上,这里将给那个线程的消息队列发条消息
请求Watchdog检查Service是否工作正常。
*/
mHandler.sendEmptyMessage(MONITOR);
synchronized (this) {
long timeout = TIME_TO_WAIT;
long start = SystemClock.uptimeMillis();
//注意这个小while循环的条件，mForceKillSystem为true也会导致退出循环
while (timeout > 0 && !mForceKillSystem) {
try {
wait(timeout); //等待检查的结果
} catch(InterruptedException e) {
}
timeout = TIME_TO_WAIT -(SystemClock.uptimeMillis() - start);
}
//mCompleted为true，表示service一切正常
if (mCompleted &&!mForceKillSystem) {
waitedHalf = false;
continue;
}
//如果mCompleted不为true，看门狗会比较尽责，再检查一次
if (!waitedHalf) {
......
waitedHalf = true;
continue;//再检查一次
}
}
//已经检查过两次了，还是有问题，这回是真有问题了。所以SS需要把自己干掉。
if (!Debug.isDebuggerConnected()) {
Process.killProcess(Process.myPid());
System.exit(10); //干掉自己
}
......
waitedHalf = false;
}
}
OK，这个run函数还是比较简单的，就是：
· 隔一段时间给另外一个线程发送一条MONITOR消息，那个线程将检查各个Service的健康情况。而看门狗会等待检查结果，如果第二次还没有返回结果，那么它会杀掉SS。
好吧，来看看检查线程究竟是怎么检查Service的。
3. 列队检查
这么多Service，哪些是看门狗比较关注的呢？一共有三个Service是需要交给Watchdog检查的：
· ActivityManagerService
· PowerManagerService
· WindowManagerService
要想支持看门狗的检查，就需要这些Service实现monitor接口，然后Watchdog就会调用它们的monitor函数进行检查了。检查的地方是在HeartbeatHandler类的handleMessage中，代码如下所示：
[-->Watchdog.java::HeartbeatHandler]
final class HeartbeatHandler extends Handler {
@Override
public void handleMessage(Message msg) {
switch (msg.what) {
......
case MONITOR: {
......
long now =SystemClock.uptimeMillis();
final int size =mMonitors.size();
//检查各个服务，并设置当前检查的对象为mCurrentMonitor
for (int i = 0 ; i <size ; i++) {
mCurrentMonitor =mMonitors.get(i);
mCurrentMonitor.monitor();//检查这个对象
}
//如果没问题，则设置mCompleted为真。
synchronized (Watchdog.this){
mCompleted = true;
mCurrentMonitor = null;
}
} break;
}
}
}
那么，Service的健康是怎么判断的呢？我们以PowerManagerService为例，先看看它是怎么把自己交给看门狗检查的。
[-->PowerManagerService.java]
PowerManagerService()
{
......
//在构造函数中把自己加入Watchdog的检查队列
Watchdog.getInstance().addMonitor(this);
}
而Watchdog调用各个monitor函数到底检查了些什么呢？再看看它实现的monitor函数吧。
[-->PowerManagerService.java]
public void monitor() {
//monitor原来检查的就是这些Service是不是发生死锁了！
synchronized (mLocks) { }
}
原来，Watchdog最怕系统服务死锁了，对于这种情况也只能采取杀系统的办法了。
这种情况，我只碰到过一次，原因是有一个函数占着锁，但长时间没有返回。没返回的原因是这个函数需要和硬件交互，而硬件又没有及时返回。
关于Watchdog，我们就介绍到这里。另外，它还能检查内存的使用情况，这一部分内容读者可以自行研究。
4.6 本章小结
本章对Zygote进程做了较为深入的分析，Zygote的主要工作是开创Java世界，本章介绍了它创世纪的七大步骤。另外，本章还分析了Zygote的“嫡长子”——System_server进程，这个进程是Java世界中的系统Service的驻留地，所以它非常重要。对于System_server进程，本章重点关注的是它的创建和初始化过程。此外，我们还分析了一个Activity所属进程的创建过程，原来这个进程是由ActivityManagerService发送请求给Zygote，最后由Zygote通过fork的方式创建的。
在本章拓展部分，我们讨论了Dalvik虚拟机对heap大小的设置及其可能的修改方法，另外还探讨了Android系统开机速度的问题。最后，本章还分析了System_server中Watchdog的工作流程。
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