应用进程是如何创建出来的
简介
APP各自运行于自己的进程中，每一个进程中都拥有一个独立的Dalvik虚拟机实例，拥有了Dalvik，Android的Java程序才能运行起来。可以理解为，进程在以隔离了用户环境下运行，使各不干扰。常用的四大组件，要能运行起来，首先就需要APP的进程已准备完毕。
本文的目的，是学习进程是如如何被创建出来的。
note:源码版本为8.0，各版本间有差异，但不影响核心设计
进程启动必要参数准备
如在Activity的启动过程中，当AMS发现此Activity所依赖的应用进程还没有启动起来，则会请求Zygote进程将此应用进程启动起来。
传送门:Activity启动时发生了什么
代码移步ActivityManagerService.AMS.startProcessLocked()
private final void startProcessLocked(ProcessRecord app, String hostingType,
String hostingNameStr, String abiOverride, String entryPoint, String[] entryPointArgs) {
......
try {
......
// 进程uid
int uid = app.uid;
// GIDS
int[] gids = null;
int mountExternal = Zygote.MOUNT_EXTERNAL_NONE;
if(!app.isolated){
......
// 记住资源访问权限
if (ArrayUtils.isEmpty(permGids)) {
gids = new int[3];
} else {
gids = new int[permGids.length + 3];
System.arraycopy(permGids, 0, gids, 3, permGids.length);
}
gids[0] = UserHandle.getSharedAppGid(UserHandle.getAppId(uid));
gids[1] = UserHandle.getCacheAppGid(UserHandle.getAppId(uid));
// shareUserId
gids[2] = UserHandle.getUserGid(UserHandle.getUserId(uid));
}
......
// 指明应用程序入口
if (entryPoint == null) entryPoint = "android.app.ActivityThread";
if(...){
} else{
//交给 Zygote 去孵化
startResult = Process.start(entryPoint,
app.processName, uid, uid, gids, debugFlags, mountExternal,
app.info.targetSdkVersion, seInfo, requiredAbi, instructionSet,
app.info.dataDir, invokeWith, entryPointArgs);
}
}
}
代码总app为ProcessRecord，ProcessRecord描述了一个进程，与进程相关的信息存于ProcessRecord中，AMS也是通过ProcessRecord才能得知进程状况。
UID
UID标识一个应用进程，应用程序在安装时被分配UID，当此应用程序续存期间（没卸载），UID不变。普通应用程序而言，GID = UID。
通过命令
adb shell ps | grap packageName
可以查看在运行的应用程序信息
查看应用pid.jpg
图中APP使用了多进程，因此根据包名查处了两个进程信息。横行信息依次为 当前用户（UID）、进程ID（PID）、父进程ID（PPID）、进程的虚拟内存大小、实际内存占用大小、进程正在睡眠的内核函数名称。
如所说，无论多少次杀掉此APP进程再重启，UID均不变。
GIDS
GIDS则与Application申请的具体权限有关，申请的相应permission被granted时，则有对应的GIDS，因此，GIDS是关于允许或限制应用程序访问设备资源。比如常在manifest申请访问网络权限
<uses-permission android:name="android.permission.INTERNET"/>
被允许时，组在GIDS中有相应的ID
shareUserId
在GIDS中，shareUserId也比较重要，需简单了解沙箱模型。
沙箱模型1.png
各个应用程序运行与各自的环境中（沙箱），默认情况下，程序间无法交互。运行在沙箱内的应用程序如果没有被分配权限，无法访问系统或资源，因此运行去Dalvik虚拟机的应用程序都能得到同样的安全保护，被限制在各自沙箱内的程序互不干涉，使得对其它或受其它程序的损害降到最低。在沙箱机制下，应用程序间互不信任，相互隔离，各自运行。
沙箱模型2.png
通过shareUserId，可是程序相互信任，公共运行与同一进程空间内，可以像访问自有程序一样访问对方程序资源。
以上二图来源
回到正文，在准备好启动进程的相关数据后，交接给下一节点继续执行。还需注意被赋值为“android.app.ActivityThread”的变量entryPoint，后续会通过此变量启动ActivityThread.main()，也就指定了应用程序的入口。
启动准备
此后调用链路为
Process.start()
-> ZygoteProcess.start()
-> ZygoteProcess.startViaZygote()
private Process.ProcessStartResult startViaZygote(final String processClass,
final String niceName,final int uid, final int gid,final int[] gids,
int debugFlags, int mountExternal, int targetSdkVersion, String seInfo,
String abi, String instructionSet, String appDataDir, String invokeWith,
String[] extraArgs) throws ZygoteStartFailedEx {
// 存储启动参数
ArrayList<String> argsForZygote = new ArrayList<String>();
// 以下三参数必有
argsForZygote.add("--runtime-args");
argsForZygote.add("--setuid=" + uid);
argsForZygote.add("--setgid=" + gid);
// 其它参数看具体情况
......
synchronized(mLock) {
// 获取LocalkSocket以连接Zygote进程，后将参数通过LocalSocket
// 写入Zygote进程，让Zygote进程进行创建
return zygoteSendArgsAndGetResult(openZygoteSocketIfNeeded(abi), argsForZygote);
}
}
视情况准备进程启动需要的参数，再获取用以和进程进行连接的ZygoteState，便可以向Zygote进程写入此次新建进程的请求。
private ZygoteState openZygoteSocketIfNeeded(String abi) throws ZygoteStartFailedEx {
Preconditions.checkState(Thread.holdsLock(mLock), "ZygoteProcess lock not held");
if (primaryZygoteState == null || primaryZygoteState.isClosed()) {
try {
primaryZygoteState = ZygoteState.connect(mSocket);
} catch (IOException ioe) {
throw new ZygoteStartFailedEx("Error connecting to primary zygote", ioe);
}
}
if (primaryZygoteState.matches(abi)) {
return primaryZygoteState;
}
// The primary zygote didn't match. Try the secondary.
if (secondaryZygoteState == null || secondaryZygoteState.isClosed()) {
try {
secondaryZygoteState = ZygoteState.connect(mSecondarySocket);
} catch (IOException ioe) {
throw new ZygoteStartFailedEx("Error connecting to secondary zygote", ioe);
}
}
if (secondaryZygoteState.matches(abi)) {
return secondaryZygoteState;
}
throw new ZygoteStartFailedEx("Unsupported zygote ABI: " + abi);
}
primaryZygoteState 和 secondaryZygoteState 均为 ZygoteState, Android 5.0以后，Android开始支持64位编译，Zygote进程也随之引入了32/64位的区别。顾名思义，primaryZygoteState为主Zygote，secondaryZygoteState为辅Zygote。至于是32位为主，还是64位辅，就要看具体Zygote文件的配置了。这里以ABI架构类型为引子，找到合适的ZygoteSate。
如果所查找的ZygoteState未创建或连接状态已关闭，则会获取此ZygoteState。
ZYGOTE_SOCKET
public static ZygoteState connect(String socketAddress) throws IOException {
DataInputStream zygoteInputStream = null;
BufferedWriter zygoteWriter = null;
final LocalSocket zygoteSocket = new LocalSocket();
try {
zygoteSocket.connect(new LocalSocketAddress(socketAddress,
LocalSocketAddress.Namespace.RESERVED));
zygoteInputStream = new DataInputStream(zygoteSocket.getInputStream());
zygoteWriter = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(
zygoteSocket.getOutputStream()), 256);
} catch (IOException ex) {
try {
zygoteSocket.close();
} catch (IOException ignore) {
}
throw ex;
}
String abiListString = getAbiList(zygoteWriter, zygoteInputStream);
Log.i("Zygote", "Process: zygote socket " + socketAddress + " opened, supported ABIS: "
+ abiListString);
return new ZygoteState(zygoteSocket, zygoteInputStream, zygoteWriter,
Arrays.asList(abiListString.split(",")));
}
新建的LocalSocket为ZygoteState成员变量，ZygoteState使用的输入流与输出流均从LocalSocket拿到。参数socketAddress为Process创建ZygoteProcess传入的ZYGOTE_SOCKET，即"zygote"。因此LocalSocket.connect()将与Zygote进程中名为“zygote”的Socket进行连接。在有了能与Zygote进程通信的媒介之后，已可以向Zygote进程传入数据或从Zygote进程传输数据。
创建进程
回到
-> ZygoteProcess.startViaZygote()
-> zygoteSendArgsAndGetResult()
private static Process.ProcessStartResult zygoteSendArgsAndGetResult(
ZygoteState zygoteState, ArrayList<String> args)
throws ZygoteStartFailedEx {
......
// 写入启动参数长度
writer.write(Integer.toString(args.size()));
writer.newLine();
for (int i = 0; i < sz; i++) {
String arg = args.get(i);
// 写入启动参数
writer.write(arg);
writer.newLine();
}
writer.flush();
// Should there be a timeout on this?
Process.ProcessStartResult result = new Process.ProcessStartResult();
// 拿到进程创建的结果
result.pid = inputStream.readInt();
result.usingWrapper = inputStream.readBoolean();
if (result.pid < 0) {
throw new ZygoteStartFailedEx("fork() failed");
}
return result;
}
通过输出流向Zygote进程写入启动数据后，进入阻塞状态，直到能接受到Zygote进程反馈的数据。拿到了创建的结果，意味着进程创建的结束。
进程创建，简.png
目前来看，Process通过LocalSocket与Zygote进程进行通信，传输关键数据即可创建进程，因此还可对Zygote如何创建进程加以了解。
Zygote进程
简要了解一下Zygote进程的创建，见ZygoteInit.main()
public static void main(String argv[]) {
// 创建ZygoteServer
ZygoteServer zygoteServer = new ZygoteServer();
......
try{
......
// 注册名为 "zygote的socket"
zygoteServer.registerServerSocket(socketName);
......
// 接收请求
zygoteServer.runSelectLoop(abiList);
......
}
}
在Zygote进程创建时，向ZygoteServer注册一个名为"zygote"的服务端Socket，之前所说的新建进程请求到来时，即是与此Socket进行通信。当请求到来，在zygoteServer.runSelectLoop()处接收请求。
void runSelectLoop(String abiList) throws Zygote.MethodAndArgsCaller {
......
boolean done = peers.get(i).runOnce(this);
}
实际由ZygoteConnection.runOnce()进程处理
boolean runOnce(ZygoteServer zygoteServer) throws Zygote.MethodAndArgsCaller {
String args[];
Arguments parsedArgs = null;
FileDescriptor[] descriptors;
try {
// 获取LocalSocket传来的启动参数
args = readArgumentList();
descriptors = mSocket.getAncillaryFileDescriptors();
}
......
tyr{
// 解析参数
parsedArgs = new Arguments(args);
......
// frok()
pid = Zygote.forkAndSpecialize(parsedArgs.uid, parsedArgs.gid, parsedArgs.gids,
parsedArgs.debugFlags, rlimits, parsedArgs.mountExternal, parsedArgs.seInfo,
parsedArgs.niceName, fdsToClose, fdsToIgnore, parsedArgs.instructionSet,
parsedArgs.appDataDir);
}
......
try{
// pid = 0 说明创建了进程
if (pid == 0) {
// in child
zygoteServer.closeServerSocket();
IoUtils.closeQuietly(serverPipeFd);
serverPipeFd = null;
handleChildProc(parsedArgs, descriptors, childPipeFd, newStderr);
return true;
}
}
在接收并解析出LocalSocket所传输过来的启动参数后，通过Zygote.forkAndSpecialize（）让native真正fork()出进程。当PID = 0 时，说明Zygote进程创建出了子进程。
当前情况下，需要Zygote进程孵化出的进程。Zygote进程作为Android进程的母体，包含各应用进程所需要的进程信息和资源信息，因从从Zygote进程fork()出的子进程具有Zygote进程信息如数据段、代码段等，自然也包括Dalvik虚拟机实体。
在进程创建完后，由
ZygoteConnection.handleChildProc()
-> ZygoteInit.zygoteInit() 处理进一步事宜
public static final void zygoteInit(int targetSdkVersion, String[] argv,
ClassLoader classLoader) throws Zygote.MethodAndArgsCaller {
if (RuntimeInit.DEBUG) {
Slog.d(RuntimeInit.TAG, "RuntimeInit: Starting application from zygote");
}
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "ZygoteInit");
RuntimeInit.redirectLogStreams();
RuntimeInit.commonInit();
// 创建Binder线程池
ZygoteInit.nativeZygoteInit();
// 当AMS要求新创建线程时，唤醒ActivityThread.main()
RuntimeInit.applicationInit(targetSdkVersion, argv, classLoader);
}
applicationInit()通过反射唤醒ActivityThread.main()，之前在AMS请求启动新进程时特意调到的entryPoint，也一并通过LocalSocket作为参数之一传入Zygote进程，因此在这里可以知道此唤醒信息。
AMS在请求启动新进程的同时，不会一直等待进程创建，延迟发送消息PROC_START_TIMEOUT_MSG，如果进程为内在PROC_START_TIMEOUT_MSG时间内成功创建，则AMS会认为进程启动失败。因此在，在唤醒ActivityThread.main(）后attach()时机，会通知AMS取消PROC_START_TIMEOUT_MSG消息，以后保证后续流程进行。
至此，也就了解了进程时如何被创建出来。
总结
进程创建，完整.png
进程创建如下：
1、AMS启动各类组件发现相应进程没有启动起来时，获取进程启动所需参数，通过Process.start()请求启动进程。
2、Process通过LocalSocket与Zygote进程通信，Zygote进程对应Socket为"zogote"，在Zygote进程创建时启动。
3、ZygoteServer收到启动进程请求后，由ZygoteConnection.runOnce()进行处理，交由native进行fork()，在成功创建子进程后，唤醒ActivityThread.main()。
4、AMS不会无限等待进程创建，因此ActivityThread.main()被唤醒后，会告知AMS取消PROC_START_TIMEOUT_MSG，以能进行后续Business。
