Android框架简介--启动过程--Zygote

2022-03-24 08:39:11 浏览数 (1)

Zygote是做什么的

Zygote简单地说主要作用是两方面：

  • 启动SystemServer
  • 孵化应用进程

Android中大多数应用进程和系统进程都是通过Zygote进程来生成。Zygote为孵化的应用程序提供了几个基础资源：

  • 常用类 ：Android的Java 类库, 大部分来自于 Apache Hamony, 开源的Java API 实现，如 java.lang, java.util, java.net
  • JNI函数
  • 主题资源 ： 比如theme图片， 占用10M 的内存空间，这些内存是系统共享的
  • 共享库：

Zygote进程启动

Zygote由init进程解析init.rc脚本启动的。现在机器分为32位和64位，Zygote的启动也要区分对待:

代码语言：javascript复制
/system/core/rootdir/init.rc
import /init.${ro.zygote}.rc

根据系统属性ro.zygote的具体值，加载不同的描述Zygote的rc脚本。譬如firely rk3399包含的文件： init.zygote32.rc init.zygote32_64.rc init.zygote64.rc init.zygote64_32.rc 其中zygote32和zygote64分别对应32位和64位机器。zygote32_64和zygote64_32则Primary Arch 和 Secondary Arch的组合，以init.zygote64.rc为例，相关脚本如下：

代码语言：javascript复制
service zygote /system/bin/app_process64 -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server
    class main
    priority -20
    user root
    group root readproc
    socket zygote stream 660 root system
    onrestart write /sys/android_power/request_state wake
    onrestart write /sys/power/state on
    onrestart restart audioserver
    onrestart restart cameraserver
    onrestart restart media
    onrestart restart netd
    onrestart restart wificond
    writepid /dev/cpuset/foreground/tasks

从路径来看，Zygote所在的应用程序名称叫"app_process64",

  • zygote 就是service的名称
  • /system/bin/app_process64 应用程序路径，即Zygote所在的应用进程
  • -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server 为传递给app_process的参数，后面的分析会看到参数--zygote被用来 app_process 启动Zygote的选项， --start-system-server 会被作为参数传递给Zygote的ZygoteInit.

可以简单地用下面这副图描述Zygote的启动

zygote创建.png

Zygote启动时都做了什么

Zygote启动主要经历了两部分：

  • native世界
  • java世界

native世界

从Zygote的rc脚本我们知道， Zygote是通过app_process启动，入口就是app_process的main函数 frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp

代码语言：javascript复制
int main(int argc, char* const argv[])
{
    AppRuntime runtime(argv[0], computeArgBlockSize(argc, argv));

    // Parse runtime arguments.  Stop at first unrecognized option.
    bool zygote = false;
    bool startSystemServer = false;
    bool application = false;
    String8 niceName;
    String8 className;
   
      i;  // Skip unused "parent dir" argument.
    while (i < argc) {
        const char* arg = argv[i  ];
        if (strcmp(arg, "--zygote") == 0) {
            zygote = true;
            niceName = ZYGOTE_NICE_NAME;
        } else if (strcmp(arg, "--start-system-server") == 0) {
            startSystemServer = true;
        } else if (strcmp(arg, "--application") == 0) {
            application = true;
        } else if (strncmp(arg, "--nice-name=", 12) == 0) {
            niceName.setTo(arg   12);
        } else if (strncmp(arg, "--", 2) != 0) {
            className.setTo(arg);
            break;
        } else {
            --i;
            break;
        }
    }

    if (zygote) {
        runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote);
    } else if (className) {
        runtime.start("com.android.internal.os.RuntimeInit", args, zygote);
    } else {
        
    }

这里有3点，

  1. 创建了AndroidRuntime对象， 这里面主要的动作就是启动虚拟机
  2. 解析传进来的参数 . 这个场景中--zygote 指定了app_process接下来将启动"ZygoteInit", 并传入-start-system-server
  3. 在虚拟机中运行ZygoteInit ， ZygoteInit是java写的，即这一步Zygote就从native世界进入到了java世界

简单来说，Zygote在native世界做的主要是以下几步：

  • 启动Android虚拟机
  • 注册Android的JNI函数
  • 进入java世界

java世界

Zygote的java世界入口是ZygoteInit 的main函数 frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java

代码语言：javascript复制
 public static void main(String argv[]) {
            zygoteServer.registerServerSocket(socketName);   
            // In some configurations, we avoid preloading resources and classes eagerly.
            // In such cases, we will preload things prior to our first fork.
            if (!enableLazyPreload) {
                preload(bootTimingsTraceLog);  //预加载各类资源
            } else {
                Zygote.resetNicePriority();
            }

           if (startSystemServer) {
                Runnable r = forkSystemServer(abiList, socketName, zygoteServer);

                // {@code r == null} in the parent (zygote) process, and {@code r != null} in the
                // child (system_server) process.
                if (r != null) {
                    r.run();
                    return;
                }
            }

            caller = zygoteServer.runSelectLoop(abiList);
}

ZygoteInit的主函数主要完成几件事情：

  • 注册一个socket Zygote 作为孵化器，跟其他进程间的通讯不是通过binder而是通过socket。一旦有新进程需要运行，系统会通过这个Socket（完整的名称为ANDROID_SOCKET_zygote）跟Zygote通讯，由zygote完成进程孵化过程
  • 预加载各类资源 函数preload用于加载虚拟机运行时所需的各类资源
  • 启动System Server
  • 进入Loop循环

其他问题点

为何用socket而不是binder

Zygote是通过fork来创建新进程的，而binder是多线程的，有可能造成死锁。

在 POSIX 标准中，fork 的行为是这样的：复制整个用户空间的数据（通常使用 copy-on-write 的策略，所以可以实现的速度很快）以及所有系统对象， 然后仅复制当前线程到子进程。这里：所有父进程中别的线程，到了子进程中都是突然蒸发掉的。

假如父进程在获取到锁的情况下，fork了一个子进程。子进程的内存中，这个锁的状态是上锁状态。子进程仅运行了fork所在的这个线程，其它线程没有运行，当它尝试获取锁时，就发生了死锁

为何要通过Zygote来孵化程序，而不是由其他进程直接创建

主要有两个好处：

  • 缩短应用的启动时间 无论哪个app，所有的虚拟机都必须按照某种一样的而且是确定的方式初始化。Zygote预加载了各种资源，创建了虚拟机。由Zygote创建的进程能够继承这些资源，不用再重新创建。加载app的类只是最后一步而已。
  • 优化共享内存 所有虚拟机都是从Zygote fork出来的，所以特么能够享受到由内核实现的内存共享的优势。比如Zygote预加载的各类资源，比如theme主题图片，所有的进程都是共享的，在物理内存中只需要保存一份。

Zygote这一设计有什么缺点

所有应用进程都是从同一个进程fork出来的，这会有效地破坏地址空间布局随机化，这一技术是对抗代码注入攻击的重要安全手段

参考 网络课程 --剖析Framework面试 冲击Android高级职位 最强Android书架构大剖析 深入理解Android内核设计思想 https://blog.csdn.net/boygrass/article/details/27103383

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