Android源码学习--SystemServer进程
SystemServer进程在Android中的角色
SystemServer进程是Android系统的核心之一，大部分Android提供的服务都运行在这个进程里，如AMS，PMS，等六十多种服务。我们都知道Android的应用进程没有权限直接访问设备的底层资源，只能通过SystemServer中的服务代理访问，这样做的目的是为了防止应用进程对系统造成破坏。
SystemServer进程的创建过程
一、 创建SystemServer进程
ZygoteInit类的main()方法里调用startSystemServer()方法来启动SystemServer。
//位于ZygoteInit.java
private static boolean startSystemServer(String abiList, String socketName)
throws MethodAndArgsCaller, RuntimeException {
...
// 准备启动参数
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 {
...
pid = Zygote.forkSystemServer(
parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,
parsedArgs.gids,
parsedArgs.debugFlags,
null,
parsedArgs.permittedCapabilities,
parsedArgs.effectiveCapabilities);
} catch (IllegalArgumentException ex) {
throw new RuntimeException(ex);
}
// 进入子进程system_server
if (pid == 0) {
if (hasSecondZygote(abiList)) {
waitForSecondaryZygote(socketName);
}
// 完成system_server进程剩余的工作
handleSystemServerProcess(parsedArgs);
}
return true;
}
在startSystemServer()方法中，主要做了3件事：
1.为SystemServer准备启动参数。
SystemServer进程的uid和gid都被指定为1000。SystemServer进程的名字是system_server，其执行类是com.android.server.SystemServer。
2.调用Zygote类的forkSystemServer()来fork出SystemServer子进程。
forkSystemServer()方法最终会调用native层的nativeForkSystemServer()函数，最终调用ForkAndSpecializeCommon函数来执行实际的fork操作。
在native层调用完forkAndSpecializeCommon()函数后，如果启动的是SystemServer，Zygote会检查SystemServer是否启动成功，如果失败，Zygote进程会让进程自己退出，重启zygote进程。
//位于com_android_internal_os_Zygote.cpp
static jint com_android_internal_os_Zygote_nativeForkSystemServer(
JNIEnv* env, jclass, uid_t uid, gid_t gid, jintArray gids,
jint debug_flags, jobjectArray rlimits, jlong permittedCapabilities,
jlong effectiveCapabilities) {
// fork子进程
pid_t pid = ForkAndSpecializeCommon(env, uid, gid, gids,
debug_flags, rlimits,
permittedCapabilities, effectiveCapabilities,
MOUNT_EXTERNAL_DEFAULT, NULL, NULL, true, NULL,
NULL, NULL);
if (pid > 0) {
// zygote进程检测子进程是否创建
gSystemServerPid = pid;
int status;
if (waitpid(pid, &status, WNOHANG) == pid) {
// system_server进程死亡后，重启zygote进程
RuntimeAbort(env, __LINE__, "System server process has died. Restarting Zygote!");
}
}
return pid;
}
在ForkAndSpecializeCommon()函数中将调用fork()函数来创建子进程之前还调用了SetSigChldHandler函数设置处理SIGCHLD信号的函数SigChldHandler()。
static void SigChldHandler(int /*signal_number*/) {
pid_t pid;
...
while ((pid = waitpid(-1, &status, WNOHANG)) > 0) {
...
if (pid == gSystemServerPid) {
ALOGE("Exit zygote because system server (%d) has terminated", pid);
kill(getpid(), SIGKILL); // 如果死亡的是SystemServer进程，zygote将退出
}
}
...
}
SigChldHandler函数接收到子进程死亡的信号后，除了调用waitpid()来防止子进程变“僵尸”外，还会判断死亡的子进程是否是SystemServer进程，如果是，Zygote进程会“自杀”，这样将导致Init进程杀死所有用户进程并重启Zygote。整个手机相当于重启了一扁，从而达到系统“软重启”的目的。
3.在fork出SystemServer进程后，在fork出的进程中调用handleSystemServerProcess()来初始化SystemServer进程。
private static void handleSystemServerProcess(
ZygoteConnection.Arguments parsedArgs)
throws ZygoteInit.MethodAndArgsCaller {
// 关闭父进程zygote复制而来的Socket
closeServerSocket();
// 接SystemServer进程的umask设为0077（S_IRWXG|S_IRWXO），
// 这样SystemServer创建的文件的属性就是0077，只有SystemServer进程可以访问。
Os.umask(S_IRWXG | S_IRWXO);
if (parsedArgs.niceName != null) {
// 设置当前进程名为 "system_server"
Process.setArgV0(parsedArgs.niceName);
}
final String systemServerClasspath = Os.getenv("SYSTEMSERVERCLASSPATH");
if (systemServerClasspath != null) {
// 执行dex优化操作
performSystemServerDexOpt(systemServerClasspath);
}
if (parsedArgs.invokeWith != null) {// invokeWith通常为null
String[] args = parsedArgs.remainingArgs;
if (systemServerClasspath != null) {
String[] amendedArgs = new String[args.length + 2];
amendedArgs[0] = "-cp";
amendedArgs[1] = systemServerClasspath;
System.arraycopy(parsedArgs.remainingArgs, 0, amendedArgs, 2, parsedArgs.remainingArgs.length);
}
// 启动应用进程
WrapperInit.execApplication(parsedArgs.invokeWith,
parsedArgs.niceName, parsedArgs.targetSdkVersion,
VMRuntime.getCurrentInstructionSet(), null, args);
} else {
ClassLoader cl = null;
if (systemServerClasspath != null) {
//创建类加载器，并赋予当前线程
cl = createSystemServerClassLoader(systemServerClasspath,
parsedArgs.targetSdkVersion);
Thread.currentThread().setContextClassLoader(cl);
}
RuntimeInit.zygoteInit(parsedArgs.targetSdkVersion, parsedArgs.remainingArgs, cl);
}
}
因为参数invokeWith通常为null，所以会调用RuntimeInit.zygoteInit()方法。在zygoteInit()方法中，它最终会以抛出MethodAndArgsCaller异常的方式返回，实现真正调用SystemServer类的main()方法。
二、SystemServer的初始化
SystemServer是一个java类，其main()方法中调用了对象的run()方法。
public static void main(String[] args) {
//先初始化SystemServer对象，再调用对象的run()方法
new SystemServer().run();
}
private void run() {
try {
//当系统时间比1970年更早，就设置当前系统时间为1970年
if (System.currentTimeMillis() < EARLIEST_SUPPORTED_TIME) {
SystemClock.setCurrentTimeMillis(EARLIEST_SUPPORTED_TIME);
}
if (!SystemProperties.get("persist.sys.language").isEmpty()) {
final String languageTag = Locale.getDefault().toLanguageTag();
SystemProperties.set("persist.sys.locale", languageTag);
SystemProperties.set("persist.sys.language", "");
SystemProperties.set("persist.sys.country", "");
SystemProperties.set("persist.sys.localevar", "");
}
//变更虚拟机的库文件，对于Android 6.0默认采用的是libart.so
SystemProperties.set("persist.sys.dalvik.vm.lib.2", VMRuntime.getRuntime().vmLibrary());
if (SamplingProfilerIntegration.isEnabled()) {
SamplingProfilerIntegration.start();
mProfilerSnapshotTimer = new Timer();
//system_server每隔1小时采用一次，并保存结果到system_server文件
mProfilerSnapshotTimer.schedule(new TimerTask() {
@Override
public void run() {
SamplingProfilerIntegration.writeSnapshot("system_server", null);
}
}, SNAPSHOT_INTERVAL, SNAPSHOT_INTERVAL);
}
VMRuntime.getRuntime().clearGrowthLimit();
VMRuntime.getRuntime().setTargetHeapUtilization(0.8f);
Build.ensureFingerprintProperty();
Environment.setUserRequired(true);
BaseBundle.setShouldDefuse(true);
BinderInternal.disableBackgroundScheduling(true);
BinderInternal.setMaxThreads(sMaxBinderThreads);
android.os.Process.setThreadPriority(
android.os.Process.THREAD_PRIORITY_FOREGROUND);
android.os.Process.setCanSelfBackground(false);
// 主线程looper就在当前线程运行
Looper.prepareMainLooper();
//加载android_servers.so库，该库包含的源码在frameworks/base/services/目录下
System.loadLibrary("android_servers");
// 检查上次关机过程是否失败，该方法可能不会返回
performPendingShutdown();
// 初始化系统上下文
createSystemContext();
//创建系统服务管理
mSystemServiceManager = new SystemServiceManager(mSystemContext);
//将mSystemServiceManager添加到本地服务的成员sLocalServiceObjects
LocalServices.addService(SystemServiceManager.class, mSystemServiceManager);
} finally {
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_SYSTEM_SERVER);
}
// 创建并运行所有的Java服务
try {
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_SYSTEM_SERVER, "StartServices");
startBootstrapServices(); //启动引导服务
startCoreServices(); //启动核心服务
startOtherServices(); //启动其它服务
} catch (Throwable ex) {
throw ex;
} finally {
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_SYSTEM_SERVER);
}
// 进入处理消息的循环
Looper.loop();
throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}
main()方法的主要是有：
1.调用时间，如果当前系统时间比1970年更早，就设置当前系统时间为1970年 。
2.设置属性persist.sys.dalvik.vm.lib.2的值为当前虚拟机的运行库的路径。
3.调整虚拟机堆的内存。设定虚拟机利用率为0.8。
4.加载android_servers.so库。
5.调用createSystemContext()来获取Context。
6.创建SystemServiceManager的对象mSystemServiceManager，这个对象负责系统Service的启动。
7.启动服务。startBootstrapServices()，startBootstrapServices()，startBootstrapServices()三大方法。
8.调用Loop.loop()，进入处理消息的循环。
private void createSystemContext() {
//创建ActivityThread对象
ActivityThread activityThread = ActivityThread.systemMain();
//创建ContextImpl、LoadedApk对象
mSystemContext = activityThread.getSystemContext();
//设置主题
mSystemContext.setTheme(DEFAULT_SYSTEM_THEME);
}
在createSystemContext()方法里，通过ActivityThread的静态方法systemMain()创建了一个activityThread。然后调用它的getSystemContext()方法来获取系统的Context，最后设置主题。
接下来看看systemMain()方法。
public static ActivityThread systemMain() {
//对于低内存的设备，禁用硬件加速
if (!ActivityManager.isHighEndGfx()) {
ThreadedRenderer.disable(true);
} else {
ThreadedRenderer.enableForegroundTrimming();
}
// 创建ActivityThread
ActivityThread thread = new ActivityThread();
// 创建Application以及调用其onCreate()方法
thread.attach(true);//代表是系统的应用进程
return thread;
}
上面的代码主要是new了一个ActivityThread对象。
同样的我们知道，ActivityThread是应用程序的主线程类，该类同时也存在一个main()主方法，zygote进程在启动过程的最后会在抛出的MethodAndArgsCaller异常中，通过反射来执行ActivityThread类的main()方法。那么这里为什么要用new来创建ActivityThread对象呢？
实际上SystemServer不仅是一个单纯的后台进程，它也是一个运行着组件Service的进程，很多系统的对话框就是从SystemServer中显示出来的，因此，SystemServer本身也需要一个和APK应用类似的上下文环境，创建ActivityThread是获取这个环境的第一步，后面还需要创建SystemContext对象。ActivityThread的attach(boolean)方法中，传入参数true时，表示是在SystemServer中调用。如下代码：
private void attach(boolean system) {
sCurrentActivityThread = this;
mSystemThread = system;
if (!system) {//进入应用进程的处理流程
...
} else { //进入系统进程。该情况只在SystemServer中处理，设置DDMS时看到的systemserver进程名为system_process
android.ddm.DdmHandleAppName.setAppName("system_process",
UserHandle.myUserId());
try {
mInstrumentation = new Instrumentation();
// 创建应用上下文SystemContext
ContextImpl context = ContextImpl.createAppContext(
this, getSystemContext().mPackageInfo);
// 创建Application
mInitialApplication = context.mPackageInfo.makeApplication(true, null);
// 调用Application的onCreate()方法
mInitialApplication.onCreate();
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(
"Unable to instantiate Application():" + e.toString(), e);
}
}
...
}
system为true时，创建了ContextImpl和Application对象，最后还调用了Application的onCreate()方法，完全模拟创建一个应用的过程。但是，创建应用上下文环境需要对应的一个apk文件，这个的apk文件是哪个呢？上面的参数中getSystemContext().mPackageInfo正是。
通过跟踪getSystemContext()的代码，最终可以找到在ContextImpl类的createSystemContext(ActivityThread)方法中创建了一个LoadedApk对象。
LoadedApk(ActivityThread activityThread) {
mActivityThread = activityThread;
mApplicationInfo = new ApplicationInfo();
mApplicationInfo.packageName = "android";
mPackageName = "android";
...
}
LoadedApk对象保存了一个apk文件的信息，它指明了将使用的包名为“android”，而framework-res.apk的包名正是“android”。因此，getSystemContext()方法返回的对象所对象的apk文件就是framework-res.apk。
因此，ActivityThread的SystemMain()方法相当于创建了一个framework-res.apk的上下文环境。
总结：
SystemServer进程是一个应用进程访问底层资源的中间层代理，通过它来启动和管理AMS，PMS等众多服务。
