系統(tǒng)中的大管家—SystemServer進(jìn)程

作者：積木zz 2021-01-08 08:21:02

這個(gè)進(jìn)程負(fù)責(zé)啟動(dòng)和管理JavaFramework層，也就是提供了框架層的很多服務(wù)，比如我們熟知的AMS，PMS，WMS，還有DisplayManagerService、CameraService等等，也就是說它掌握了Android系統(tǒng)中的命脈，是Android系統(tǒng)中的大管家。

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前言

上篇說到Android系統(tǒng)的啟動(dòng)流程，Zygote進(jìn)程fork的第一個(gè)進(jìn)程就是SystemServer進(jìn)程。

一起瞅瞅吧～

(本文源碼基于Android9.0)

誕生

之前在Android系統(tǒng)的啟動(dòng)過程中???說到，SystemServer進(jìn)程是由Zygote進(jìn)程fork而來。

fork()函數(shù)通過系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建一個(gè)與原來進(jìn)程幾乎完全相同的進(jìn)程，可以理解為COPY了一個(gè)進(jìn)程出來，而這個(gè)新進(jìn)程就是它的子進(jìn)程。

而關(guān)于SystemServer的誕生，還要從ZygoteInit的forkSystemServer方法說起...(只保留主要代碼)

private static Runnable forkSystemServer(String abiList, String socketName, 
           ZygoteServer zygoteServer) { 
       //...  
 
       // 1 
       int pid; 
       pid = Zygote.forkSystemServer( 
                   parsedArgs.uid, parsedArgs.gid, 
                   parsedArgs.gids, 
                   parsedArgs.runtimeFlags, 
                   null, 
                   parsedArgs.permittedCapabilities, 
                   parsedArgs.effectiveCapabilities); 
 
       /* For child process */ 
       if (pid == 0) { 
           //2 
           zygoteServer.closeServerSocket(); 
           //3 
           return handleSystemServerProcess(parsedArgs); 
       } 
 
       return true; 
   } 
 
   /** 
    * Finish remaining work for the newly forked system server process. 
    */ 
   private static Runnable handleSystemServerProcess(ZygoteConnection.Arguments parsedArgs) { 
 
           //...  
 
           /* 
            * Pass the remaining arguments to SystemServer. 
            */ 
           ZygoteInit.zygoteInit(parsedArgs.targetSdkVersion, parsedArgs.remainingArgs, cl); 
   } 
 
 
   public static final Runnable zygoteInit(int targetSdkVersion, String[] argv, ClassLoader classLoader) { 
       //... 
 
    //4  
       RuntimeInit.commonInit(); 
       //5 
       ZygoteInit.nativeZygoteInit(); 
       //6 
       return RuntimeInit.applicationInit(targetSdkVersion, argv, classLoader); 
   }

startSystemServer方法中：

1、調(diào)用forkSystemServer方法創(chuàng)建了子進(jìn)程——SystemServer進(jìn)程。
2、fork之后，這里判斷了fork的返回值pid是否等于0，如果等于0，就代表fork成功，就處在SystemServer進(jìn)程中了。然后關(guān)閉了從Zygote進(jìn)程fork帶來的Socket對象。
3、然后調(diào)用了handleSystemServerProcess方法，并最終走到zygoteInit，做了一些新進(jìn)程的初始化工作。

zygoteInit方法中：

4、commonInit方法就是做了一些進(jìn)程通用的初始化工作,比如設(shè)置時(shí)區(qū)，重置log配置。
5、nativeZygoteInit方法通過JNI會(huì)走到native層，主要的工作就是創(chuàng)建了新的Binder線程池，這樣SystemServer才能和各大app進(jìn)程進(jìn)行通信。
6、applicationInit方法，最終會(huì)走到findStaticMain方法中，通過反射調(diào)用SystemServer類的main方法，簡單貼下代碼：

protected static Runnable findStaticMain(String className, String[] argv, 
           ClassLoader classLoader) { 
       Class<?> cl; 
 
       try { 
           cl = Class.forName(className, true, classLoader); 
       }  
       //... 
 
       Method m; 
       try { 
           m = cl.getMethod("main", new Class[] { String[].class }); 
       }  
       //... 
      
       return new MethodAndArgsCaller(m, argv); 
   }

工作

SystemServer進(jìn)程創(chuàng)建出來了，并且做了一些初始化工作，接下來就來到了main方法了，顧名思義，肯定要開始正經(jīng)主要的工作了。

public static void main(String[] args) { 
        new SystemServer().run(); 
    } 
 
 
    private void run() { 
        try { 
            //... 
 
            // 1 
            android.os.Process.setThreadPriority( 
                android.os.Process.THREAD_PRIORITY_FOREGROUND); 
            android.os.Process.setCanSelfBackground(false); 
 
            Looper.prepareMainLooper(); 
            Looper.getMainLooper().setSlowLogThresholdMs( 
                    SLOW_DISPATCH_THRESHOLD_MS, SLOW_DELIVERY_THRESHOLD_MS); 
 
            // 2 
            System.loadLibrary("android_servers"); 
 
            // 3 
            performPendingShutdown(); 
 
            // 4 
            createSystemContext(); 
 
            // 5 
            mSystemServiceManager = new SystemServiceManager(mSystemContext); 
            mSystemServiceManager.setStartInfo(mRuntimeRestart, 
                    mRuntimeStartElapsedTime, mRuntimeStartUptime); 
            LocalServices.addService(SystemServiceManager.class, mSystemServiceManager); 
            // Prepare the thread pool for init tasks that can be parallelized 
            SystemServerInitThreadPool.get(); 
        } finally { 
            traceEnd();  
        } 
 
        //... 
 
        // Start services. 
        try { 
            //6 
            startBootstrapServices(); 
            //7 
            startCoreServices(); 
            //8 
            startOtherServices(); 
            SystemServerInitThreadPool.shutdown(); 
        }  
 
        //... 
 
        // Loop forever. 
        Looper.loop(); 
        throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited"); 
    }

1、準(zhǔn)備主線程，Looper。
2、加載動(dòng)態(tài)庫。
3、檢測上次關(guān)機(jī)過程是否失敗。
4、初始化系統(tǒng)上下文。

private void createSystemContext() { 
        ActivityThread activityThread = ActivityThread.systemMain(); 
        mSystemContext = activityThread.getSystemContext(); 
        mSystemContext.setTheme(DEFAULT_SYSTEM_THEME); 
 
        final Context systemUiContext = activityThread.getSystemUiContext(); 
        systemUiContext.setTheme(DEFAULT_SYSTEM_THEME); 
    }

在這個(gè)方法中，創(chuàng)建了ActivityThread類，獲取了上下文，并設(shè)置了一些系統(tǒng)主題。

5、創(chuàng)建SystemServiceManager，用于后續(xù)的系統(tǒng)服務(wù)管理創(chuàng)建等工作。

run方法最后的工作就是啟動(dòng)三個(gè)服務(wù)類型的服務(wù)，也是我們重點(diǎn)關(guān)注的，分別是引導(dǎo)服務(wù)，核心服務(wù)，其他服務(wù)。

這些服務(wù)一共有100多個(gè)，關(guān)系著Android整個(gè)應(yīng)用生態(tài)，下面我們具體說下。

6、啟動(dòng)引導(dǎo)服務(wù)

private void startBootstrapServices() { 
 
        //安裝APK服務(wù) 
        traceBeginAndSlog("StartInstaller"); 
        Installer installer = mSystemServiceManager.startService(Installer.class); 
        traceEnd(); 
 
        //AMS，負(fù)責(zé)四大組件的啟動(dòng)調(diào)度等工作 
        mActivityManagerService = mSystemServiceManager.startService( 
                ActivityManagerService.Lifecycle.class).getService(); 
        mActivityManagerService.setSystemServiceManager(mSystemServiceManager); 
        mActivityManagerService.setInstaller(installer); 
        traceEnd(); 
 
 
        // 管理和顯示背光LED等服務(wù) 
        traceBeginAndSlog("StartLightsService"); 
        mSystemServiceManager.startService(LightsService.class); 
        traceEnd(); 
 
        //PMS,負(fù)責(zé)APK安裝，解析卸載等工作 
        traceBeginAndSlog("StartPackageManagerService"); 
        mPackageManagerService = PackageManagerService.main(mSystemContext, installer, 
                mFactoryTestMode != FactoryTest.FACTORY_TEST_OFF, mOnlyCore); 
        mFirstBoot = mPackageManagerService.isFirstBoot(); 
        mPackageManager = mSystemContext.getPackageManager(); 
        traceEnd(); 
 
        //... 
 
    }

引導(dǎo)服務(wù)中，有幾個(gè)我們畢竟熟悉的，比如AMS、PMS。

7、啟動(dòng)核心服務(wù)

private void startCoreServices() { 
        traceBeginAndSlog("StartBatteryService"); 
        // 管理電池相關(guān)服務(wù) 
        mSystemServiceManager.startService(BatteryService.class); 
        traceEnd(); 
 
        // 收集用戶使用時(shí)長服務(wù) 
        traceBeginAndSlog("StartUsageService"); 
        mSystemServiceManager.startService(UsageStatsService.class); 
        mActivityManagerService.setUsageStatsManager( 
                LocalServices.getService(UsageStatsManagerInternal.class)); 
        traceEnd(); 
 
        // Webview更新服務(wù) 
        if (mPackageManager.hasSystemFeature(PackageManager.FEATURE_WEBVIEW)) { 
            traceBeginAndSlog("StartWebViewUpdateService"); 
            mWebViewUpdateService = mSystemServiceManager.startService(WebViewUpdateService.class); 
            traceEnd(); 
        } 
 
        //... 
    }

8、啟動(dòng)其他服務(wù)

private void startOtherServices() { 
   //... 
  
            //電話管理服務(wù) 
            traceBeginAndSlog("StartTelephonyRegistry"); 
            telephonyRegistry = new TelephonyRegistry(context); 
            ServiceManager.addService("telephony.registry", telephonyRegistry); 
            traceEnd();     
 
 
            //WMS,窗口管理服務(wù)，也是打交道比較多的 
            traceBeginAndSlog("StartWindowManagerService"); 
            ConcurrentUtils.waitForFutureNoInterrupt(mSensorServiceStart, START_SENSOR_SERVICE); 
            mSensorServiceStart = null; 
            wm = WindowManagerService.main(context, inputManager, 
                    mFactoryTestMode != FactoryTest.FACTORY_TEST_LOW_LEVEL, 
                    !mFirstBoot, mOnlyCore, new PhoneWindowManager()); 
            ServiceManager.addService(Context.WINDOW_SERVICE, wm, /* allowIsolated= */ false, 
                    DUMP_FLAG_PRIORITY_CRITICAL | DUMP_FLAG_PROTO); 
            ServiceManager.addService(Context.INPUT_SERVICE, inputManager, 
                    /* allowIsolated= */ false, DUMP_FLAG_PRIORITY_CRITICAL); 
            traceEnd(); 
 
 
            //輸入事件管理服務(wù) 
            traceBeginAndSlog("StartInputManager"); 
            inputManager.setWindowManagerCallbacks(wm.getInputMonitor()); 
            inputManager.start(); 
            traceEnd();      
 
            //...      
}

啟動(dòng)了這么多服務(wù)，我們再看一下服務(wù)都是怎么具體啟動(dòng)的：

public <T extends SystemService> T startService(Class<T> serviceClass) { 
       try { 
           final String name = serviceClass.getName(); 
 
           // Create the service. 
           final T service; 
           try { 
               Constructor<T> constructor = serviceClass.getConstructor(Context.class); 
               service = constructor.newInstance(mContext); 
           } //... 
           startService(service); 
           return service; 
       } finally { 
           Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_SYSTEM_SERVER); 
       } 
   } 
 
   // 所有系統(tǒng)服務(wù)的集合 
   private final ArrayList<SystemService> mServices = new ArrayList<SystemService>();     
 
   public void startService(@NonNull final SystemService service) { 
       // Register it. 
       mServices.add(service); 
       // Start it. 
       long time = SystemClock.elapsedRealtime(); 
       try { 
           service.onStart(); 
       } catch (RuntimeException ex) { 
           throw new RuntimeException("Failed to start service " + service.getClass().getName() 
                   + ": onStart threw an exception", ex); 
       } 
       warnIfTooLong(SystemClock.elapsedRealtime() - time, service, "onStart"); 
   }

可以看到，首先通過反射創(chuàng)建了對應(yīng)的Service類，然后把對應(yīng)的Service加入到mServices集合中，完成注冊。然后調(diào)用onStart方法啟動(dòng)對應(yīng)的Service，完成初始化工作。

到這里，SystemServer的啟動(dòng)工作就完成了，再來回顧下，這個(gè)過程，到底干了些啥?

首先，Zygote fork了SystemServer這個(gè)子進(jìn)程，然后關(guān)閉了原有的socket，創(chuàng)建了新的Binder線程池。
其次，做了一些初始化工作，創(chuàng)建了Context對象，創(chuàng)建了SystemServiceManager類，用于管理所有的系統(tǒng)服務(wù)。
最后，啟動(dòng)了三類系統(tǒng)服務(wù)，分別是引導(dǎo)服務(wù)，核心服務(wù)和其他服務(wù)。

體系知識(shí)延伸

Socket和Binder

我們注意到，在SystemServer被fork出來之后，做了一個(gè)操作就是關(guān)閉了Sokcet，啟動(dòng)了Binder線程池用于進(jìn)程間通信。問題來了，為啥Zygote進(jìn)程是用Socket通信，而SystemServer進(jìn)程是用Binder進(jìn)行通信呢?

其實(shí)這是兩個(gè)問題，第一個(gè)問題是問為什么Android獲取系統(tǒng)服務(wù)是用的Binder進(jìn)程通信呢?

這就涉及到Binder的知識(shí)點(diǎn)了，Binder之所以被設(shè)計(jì)出來，就是因?yàn)樗袇^(qū)別于其他IPC方式的兩大優(yōu)點(diǎn)：

性能高，效率高：傳統(tǒng)的IPC(套接字、管道、消息隊(duì)列)需要拷貝兩次內(nèi)存、Binder只需要拷貝一次內(nèi)存、共享內(nèi)存不需要拷貝內(nèi)存。
安全性好：接收方可以從數(shù)據(jù)包中獲取發(fā)送發(fā)的進(jìn)程Id和用戶Id，方便驗(yàn)證發(fā)送方的身份，其他IPC想要實(shí)驗(yàn)只能夠主動(dòng)存入，但是這有可能在發(fā)送的過程中被修改。

第二個(gè)問題就是，為什么Zygote進(jìn)程不用Binder而用Socket通信呢?這也是wanAndroid中的一個(gè)問題：

每日一問 | Activity啟動(dòng)流程中，大部分都是用Binder通訊，為啥跟Zygote通信的時(shí)候要用socket呢?(https://www.wanandroid.com/wenda/show/10482)

評論區(qū)主要有以下觀點(diǎn)：

ServiceManager不能保證在zygote起來的時(shí)候已經(jīng)初始化好，所以無法使用Binder。
Socket 的所有者是 root，只有系統(tǒng)權(quán)限用戶才能讀寫，多了安全保障。
Binder工作依賴于多線程，但是fork的時(shí)候是不允許存在多線程的，多線程情況下進(jìn)程fork容易造成死鎖，所以就不用Binder了。

Binder線程池

Binder線程池到底是什么?之前有讀者也問過類似的問題。

Binder線程池位于服務(wù)端，它的主要作用就是將每個(gè)業(yè)務(wù)模塊的Binder請求統(tǒng)一轉(zhuǎn)發(fā)到遠(yuǎn)程Servie中去執(zhí)行，從而避免了重復(fù)創(chuàng)建Service的過程。也就是服務(wù)端只有一個(gè)，但是可以處理多個(gè)不同客戶端的Binder請求。

AMS，PMS，WMS

在SystemServer進(jìn)程啟動(dòng)的過程中，也啟動(dòng)了很多系統(tǒng)服務(wù)，其中就包括和應(yīng)用交互比較多的三個(gè)服務(wù)：