上篇博客，我们学习了init进程的相关知识，本篇博客我们一次来学习zygote进程的相关知识。
Zygote简介
在Android系统中，JavaVM(Java虚拟机)、应用程序进程以及运行系统的关键服务的SystemServer进程都是由Zygote进程来创建的，我们也将它称为孵化器。它通过fock(复制进程)的形式来创建应用程序进程和SystemServer进程，由于Zygote进程在启动时会创建JavaVM，因此通过fock而创建的应用程序进程和SystemServer进程可以在内部获取一个JavaVM的实例拷贝。
zygote进程的启动
zygote进程是在init进程的main函数中进行启动的，zygote是init进程中众多service之一，在init.rc中有启动zygote的相关脚本 system/core/rootdir/init.rc
代码语言：javascript复制...
on nonencrypted
# A/B update verifier that marks a successful boot.
exec - root -- /system/bin/update_verifier nonencrypted
class_start main
class_start late_start
...zygote的class name就是main，其中class_start是一个COMMAND，对应的函数为do_class_start。class_start main用来启动zygote，do_class_start函数在builtins.cpp中定义
system/core/init/builtins.cpp
代码语言：javascript复制static int do_class_start(const std::vector<std::string>& args) {
/* Starting a class does not start services
* which are explicitly disabled. They must
* be started individually.
*/
ServiceManager::GetInstance().
ForEachServiceInClass(args[1], [] (Service* s) { s->StartIfNotDisabled(); });
return 0;
}可以看到关键代码在StartIfNotDisabled()方法中 system/core/init/service.cpp
代码语言：javascript复制bool Service::StartIfNotDisabled() {
if (!(flags_ & SVC_DISABLED)) {
return Start();
} else {
flags_ |= SVC_DISABLED_START;
}
return true;
}接着查看Start方法
代码语言：javascript复制bool Service::Start() {
flags_ &= (~(SVC_DISABLED|SVC_RESTARTING|SVC_RESET|SVC_RESTART|SVC_DISABLED_START));
time_started_ = 0;
if (flags_ & SVC_RUNNING) {//如果Service已经运行，则不启动
return false;
}
bool needs_console = (flags_ & SVC_CONSOLE);
if (needs_console && !have_console) {
ERROR("service '%s' requires consolen", name_.c_str());
flags_ |= SVC_DISABLED;
return false;
}
//判断需要启动的Service的对应的执行文件是否存在，不存在则不启动该Service
struct stat sb;
if (stat(args_[0].c_str(), &sb) == -1) {
ERROR("cannot find '%s' (%s), disabling '%s'n",
args_[0].c_str(), strerror(errno), name_.c_str());
flags_ |= SVC_DISABLED;
return false;
}
...
pid_t pid = fork();//1.fork函数创建子进程
if (pid == 0) {//运行在子进程中
umask(077);
for (const auto& ei : envvars_) {
add_environment(ei.name.c_str(), ei.value.c_str());
}
for (const auto& si : sockets_) {
int socket_type = ((si.type == "stream" ? SOCK_STREAM :
(si.type == "dgram" ? SOCK_DGRAM :
SOCK_SEQPACKET)));
const char* socketcon =
!si.socketcon.empty() ? si.socketcon.c_str() : scon.c_str();
int s = create_socket(si.name.c_str(), socket_type, si.perm,
si.uid, si.gid, socketcon);
if (s >= 0) {
PublishSocket(si.name, s);
}
}
...
//2.通过execve执行程序
if (execve(args_[0].c_str(), (char**) &strs[0], (char**) ENV) < 0) {
ERROR("cannot execve('%s'): %sn", args_[0].c_str(), strerror(errno));
}
_exit(127);
}
...
return true;
}Start方法中调用fork函数来创建子进程，并在子进程中调用execve执行system/bin/app_process，这样就会进入framework/cmds/app_process/app_main.cpp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));
...
Vector<String8> args;
if (!className.isEmpty()) {
args.add(application ? String8("application") : String8("tool"));
runtime.setClassNameAndArgs(className, argc - i, argv i);
} else {
// We're in zygote mode.
maybeCreateDalvikCache();
if (startSystemServer) {
args.add(String8("start-system-server"));//1
}
char prop[PROP_VALUE_MAX];
if (property_get(ABI_LIST_PROPERTY, prop, NULL) == 0) {
LOG_ALWAYS_FATAL("app_process: Unable to determine ABI list from property %s.",
ABI_LIST_PROPERTY);
return 11;
}
String8 abiFlag("--abi-list=");
abiFlag.append(prop);
args.add(abiFlag);
for (; i < argc; i) {
args.add(String8(argv[i]));
}
}
if (!niceName.isEmpty()) {
runtime.setArgv0(niceName.string());
set_process_name(niceName.string());
}
if (zygote) {
runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote);//2
} else if (className) {
runtime.start("com.android.internal.os.RuntimeInit", args, zygote);
} else {
fprintf(stderr, "Error: no class name or --zygote supplied.n");
app_usage();
LOG_ALWAYS_FATAL("app_process: no class name or --zygote supplied.");
return 10;
}
}从上面代码可以得知，init调用app_main.cpp的main函数中的AppRuntime的start来启动zygote进程。
注释1处如果startSystemServer为true的话(默认为true)，将”start-system-server”放入启动的参数args。 注释2处调用注释2处这里调用runtime的start函数来启动zygote进程，并将args传入，这样启动zygote进程后，zygote进程会将SystemServer进程启动。我们知道runtime指的就是AppRuntime，AppRuntime声明也在app_main.cpp中，它继承AndroidRuntime，也就是我们调用start其实是调用AndroidRuntime的start函数： frameworks/base/core/jni/AndroidRuntime.cpp
代码语言：javascript复制void AndroidRuntime::start(const char* className, const Vector<String8>& options, bool zygote)
{
...
/* start the virtual machine */
JniInvocation jni_invocation;
jni_invocation.Init(NULL);
JNIEnv* env;
if (startVm(&mJavaVM, &env, zygote) != 0) {//1
return;
}
onVmCreated(env);
if (startReg(env) < 0) {//2
ALOGE("Unable to register all android nativesn");
return;
}
jclass stringClass;
jobjectArray strArray;
jstring classNameStr;
stringClass = env->FindClass("java/lang/String");
assert(stringClass != NULL);
//创建数组
strArray = env->NewObjectArray(options.size() 1, stringClass, NULL);
assert(strArray != NULL);
//从app_main的main函数得知className为com.android.internal.os.ZygoteInit
classNameStr = env->NewStringUTF(className);
assert(classNameStr != NULL);
env->SetObjectArrayElement(strArray, 0, classNameStr);
for (size_t i = 0; i < options.size(); i) {
jstring optionsStr = env->NewStringUTF(options.itemAt(i).string());
assert(optionsStr != NULL);
env->SetObjectArrayElement(strArray, i 1, optionsStr);
}
char* slashClassName = toSlashClassName(className);
jclass startClass = env->FindClass(slashClassName);
if (startClass == NULL) {
ALOGE("JavaVM unable to locate class '%s'n", slashClassName);
/* keep going */
} else {
//找到ZygoteInit的main函数
jmethodID startMeth = env->GetStaticMethodID(startClass, "main",
"([Ljava/lang/String;)V");//3
if (startMeth == NULL) {
ALOGE("JavaVM unable to find main() in '%s'n", className);
/* keep going */
} else {
//通过JNI调用ZygoteInit的main函数
env->CallStaticVoidMethod(startClass, startMeth, strArray);//4
#if 0
if (env->ExceptionCheck())
threadExitUncaughtException(env);
#endif
}
}
...
}注释1处调用startVm函数来创建JavaVm，注释2处调用startReg函数用来为JavaVm注册JNI。注释3处的代码用来找到ZygoteInit的main函数，其中startClass从app_main的main函数得知为com.android.internal.os.ZygoteInit。注释4处通过JNI调用ZygoteInit的main函数，因为ZygoteInit的main函数是Java编写的，因此需要通过JNI调用。
Zygote的Java层ZygoteInit
通过JNI调用ZygoteInit的main函数后，Zygote便进入了Java框架层，此前没有任何代码进入过Java框架层，换句换说Zygote开创了Java框架层。 frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
代码语言：javascript复制public static void main(String argv[]) {
...
try {
...
//注册Zygote用的Socket
registerZygoteSocket(socketName);//1
...
//预加载类和资源
preload();//2
...
if (startSystemServer) {
//启动SystemServer进程
startSystemServer(abiList, socketName);//3
}
Log.i(TAG, "Accepting command socket connections");
//等待客户端请求
runSelectLoop(abiList);//4
closeServerSocket();
} catch (MethodAndArgsCaller caller) {
caller.run();
} catch (RuntimeException ex) {
Log.e(TAG, "Zygote died with exception", ex);
closeServerSocket();
throw ex;
}
}注释1处通过registerZygoteSocket函数来创建一个Server端的Socket，这个name为”zygote”的Socket用来等待ActivityManagerService来请求Zygote来创建新的应用程序进程。注释2处用来预加载类和资源。注释3处用来启动SystemServer进程，这样系统的关键服务也会由SystemServer进程启动起来。注释4处调用runSelectLoop函数来等待客户端请求。
1.registerZygoteSocket
代码语言：javascript复制private static void registerZygoteSocket(String socketName) {
if (sServerSocket == null) {
int fileDesc;
final String fullSocketName = ANDROID_SOCKET_PREFIX socketName;
try {
String env = System.getenv(fullSocketName);
fileDesc = Integer.parseInt(env);
} catch (RuntimeException ex) {
throw new RuntimeException(fullSocketName " unset or invalid", ex);
}
try {
FileDescriptor fd = new FileDescriptor();
fd.setInt$(fileDesc);
sServerSocket = new LocalServerSocket(fd);//1
} catch (IOException ex) {
throw new RuntimeException(
"Error binding to local socket '" fileDesc "'", ex);
}
}注释1处用来创建LocalServerSocket，也就是服务端的Socket。当Zygote进程将SystemServer进程启动后，就会在这个服务端的Socket上来等待ActivityManagerService请求Zygote进程来创建新的应用程序进程。
2.startSystemServer启动SystemServer进程
代码语言：javascript复制 private static boolean startSystemServer(String abiList, String socketName)
throws MethodAndArgsCaller, RuntimeException {
...
/* Hardcoded command line to start the system server */
/*1*/
String args[] = {
"--setuid=1000",
"--setgid=1000",
"--setgroups=1001,1002,1003,1004,1005,1006,1007,1008,1009,1010,1018,1021,1032,3001,3002,3003,3006,3007,3009,3010",
"--capabilities=" capabilities "," capabilities,
"--nice-name=system_server",
"--runtime-args",
"com.android.server.SystemServer",
};
ZygoteConnection.Arguments parsedArgs = null;
int pid;
try {
parsedArgs = new ZygoteConnection.Arguments(args);//2
ZygoteConnection.applyDebuggerSystemProperty(parsedArgs);
ZygoteConnection.applyInvokeWithSystemProperty(parsedArgs);
/*3*/
pid = Zygote.forkSystemServer(
parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,
parsedArgs.gids,
parsedArgs.debugFlags,
null,
parsedArgs.permittedCapabilities,
parsedArgs.effectiveCapabilities);
} catch (IllegalArgumentException ex) {
throw new RuntimeException(ex);
}
if (pid == 0) {
if (hasSecondZygote(abiList)) {
waitForSecondaryZygote(socketName);
}
handleSystemServerProcess(parsedArgs);//4
}
return true;
}注释1处的代码用来创建args数组，这个数组用来保存启动SystemServer的启动参数，其中可以看出SystemServer进程的用户id和用户组id被设置为1000；并且拥有用户组1001~1010，1018、1021、1032、3001~3010的权限；进程名为system_server；启动的类名为com.android.server.SystemServer。在注释2处将args数组封装成Arguments对象并供注释3的forkSystemServer函数调用。注释3处调用Zygote的forkSystemServer，主要通过fork函数在当前进程创建一个子进程，如果返回的pid 为0，也就是表示在新创建的子进程中执行的，则执行注释4处的handleSystemServerProcess来启动SystemServer进程。
4.runSelectLoop 启动启动SystemServer进程后，最后进入runSelectLoop函数
代码语言：javascript复制private static void runSelectLoop(String abiList) throws MethodAndArgsCaller {
ArrayList<FileDescriptor> fds = new ArrayList<FileDescriptor>();
ArrayList<ZygoteConnection> peers = new ArrayList<ZygoteConnection>();
fds.add(sServerSocket.getFileDescriptor());//1
peers.add(null);
while (true) {
StructPollfd[] pollFds = new StructPollfd[fds.size()];
for (int i = 0; i < pollFds.length; i) {//2
pollFds[i] = new StructPollfd();
pollFds[i].fd = fds.get(i);
pollFds[i].events = (short) POLLIN;
}
try {
Os.poll(pollFds, -1);
} catch (ErrnoException ex) {
throw new RuntimeException("poll failed", ex);
}
for (int i = pollFds.length - 1; i >= 0; --i) {//3
if ((pollFds[i].revents & POLLIN) == 0) {
continue;
}
if (i == 0) {
ZygoteConnection newPeer = acceptCommandPeer(abiList);//4
peers.add(newPeer);
fds.add(newPeer.getFileDesciptor());
} else {
boolean done = peers.get(i).runOnce();//5
if (done) {
peers.remove(i);
fds.remove(i);
}
}
}
}
}注释1处中的sServerSocket就是我们在registerZygoteSocket函数中创建的服务端Socket，调用sServerSocket.getFileDescriptor()用来获得该Socket的fd字段的值并添加到fd列表fds中。接下来无限循环用来等待ActivityManagerService请求Zygote进程创建新的应用程序进程。注释2处通过遍历将fds存储的信息转移到pollFds数组中。最后在注释3处对pollFds进行遍历，如果i==0则说明服务端Socket与客户端连接上，也就是当前Zygote进程与ActivityManagerService建立了连接。则在注释4处通过acceptCommandPeer函数得到ZygoteConnection类并添加到Socket连接列表peers中，接着将该ZygoteConnection的fd添加到fd列表fds中，以便可以接收到ActivityManagerService发送过来的请求。如果i的值大于0，则说明ActivityManagerService向Zygote进程发送了一个创建应用进程的请求，则在注释5处调用ZygoteConnection的runOnce函数来创建一个新的应用程序进程。并在成功创建后将这个连接从Socket连接列表peers和fd列表fds中清除。
Zygote进程总结 1.创建AppRuntime并调用其start方法，启动Zygote进程。 2.创建JavaVM并为JavaVM注册JNI. 3.通过JNI调用ZygoteInit的main函数进入Zygote的Java框架层。 4.通过registerZygoteSocket函数创建服务端Socket，并通过runSelectLoop函数等待ActivityManagerService的请求来创建新的应用程序进程。 5.启动SystemServer进程。
