谈谈对Android中Zygote的理解

2020-09-29 本文已影响0人 Android进阶架构

Zygote是什么？

在Android中，负责孵化新进程的这个进程叫做Zygote，安卓上其他的应用进程都是由它孵化的。众所周知，安卓是Linux内核，安卓系统上运行的一切程序都是放在Dalvik虚拟机上的，Zygote也不例外，事实上，它是安卓运行的第一个Dalvik虚拟机进程。既然Zygote负责孵化其他的安卓进程，那么它自己是由谁孵化的呢？既然Android是基于Linux内核，那么Zygote当然就是Linux内核启动的用户级进程Init创建的了。

Zygote的作用是什么？

对于Zygote的作用实际上可以概括为以下两点：

创建SystemServer
孵化应用进程

Zygote的启动过程

Zygote进程在Init进程启动过程中被以service服务的形式启动：

service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server
class main
socket zygote stream 660 root system

调用app_main.cpp的main函数中的AppRuntime的start方法来启动Zygote进程
调用startVm函数来创建虚拟机，调用startReg函数为java虚拟机注册JNI方法
通过toSlashClassName找到ZygoteInit，通过GetStaticMethedID函数找到main方法然后调用，ZygoteInit的main方法是由Java语言编写的，当前的运行逻辑在Native中，这就需要JNI来调用Java，这样Zygote就从Native层进入了Java框架层。
ZygoteInit的main方法的源码如下：

    frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
    public static void main(String argv[]) {
       //1、创建ZygoteServer
        ZygoteServer zygoteServer = new ZygoteServer();
      .......
        try {
             .......
            boolean startSystemServer = false;
            String socketName = "zygote";
            String abiList = null;
            boolean enableLazyPreload = false;
           // 2、解析app_main.cpp传来的参数
            for (int i = 1; i < argv.length; i++) {
                if ("start-system-server".equals(argv[i])) {
                    startSystemServer = true;
                } else if ("--enable-lazy-preload".equals(argv[i])) {
                    enableLazyPreload = true;
                } else if (argv[i].startsWith(ABI_LIST_ARG)) {
                    abiList = argv[i].substring(ABI_LIST_ARG.length());
                } else if (argv[i].startsWith(SOCKET_NAME_ARG)) {
                    socketName = argv[i].substring(SOCKET_NAME_ARG.length());
                } else {
                    throw new RuntimeException("Unknown command line argument: " + argv[I]);
                }
            }

            if (abiList == null) {
                throw new RuntimeException("No ABI list supplied.");
            }
            //3、创建一个Server端的Socket
            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) {
                bootTimingsTraceLog.traceBegin("ZygotePreload");
                EventLog.writeEvent(LOG_BOOT_PROGRESS_PRELOAD_START,
                    SystemClock.uptimeMillis());
               //4、加载进程的资源和类
                preload(bootTimingsTraceLog);
                EventLog.writeEvent(LOG_BOOT_PROGRESS_PRELOAD_END,
                    SystemClock.uptimeMillis());
                bootTimingsTraceLog.traceEnd(); // ZygotePreload
            } else {
                Zygote.resetNicePriority();
            }
              ........
            if (startSystemServer) {
                //5、开启SystemServer进程，这是受精卵进程的第一次分裂
                startSystemServer(abiList, socketName, zygoteServer);
            }

            Log.i(TAG, "Accepting command socket connections");
           //6、启动一个死循环监听来自Client端的消息
            zygoteServer.runSelectLoop(abiList);
           //7、关闭SystemServer的Socket
            zygoteServer.closeServerSocket();
        } catch (Zygote.MethodAndArgsCaller caller) {
           //8、这里捕获这个异常调用MethodAndArgsCaller的run方法。
            caller.run();
        } catch (Throwable ex) {
            Log.e(TAG, "System zygote died with exception", ex);
            zygoteServer.closeServerSocket();
            throw ex;
        }
    }

总结下来的流程：

【1】通过registerServerSocket方法来创建一个Server端的socket，这个name为zygote的socket用于等待ActivityManagerService请求Zygote来创建新的应用程序进程

【2】预加载，预加载项如下：

preloadClasses();
preloadResources();
preloadOpenGL();
preloadSharedLibraries();
preloadTextResources();
WebViewFactory.prepareWebViewInZygote();
...

以下是Android应用进程共享内存图：

通过上图可以很容易理解在Zygote进程预加载系统资源后，然后通过它孵化出其他的虚拟机进程，进而共享虚拟机内存和框架层资源，这样大幅度提高应用程序的启动和运行速度。

【3】启动SystemServer进程

【4】执行runSelectLoop()方法等待消息去创建应用进程

Zygote注意细节

Zygote进行fork的时候要是单线程，为了避免造成死锁或者状态不一致等问题
Zygote的跨进程通信没有采用Binder机制，而是采用本地socket

关于Zygote的疑问

孵化应用进程这种事为什么不交给SystemServer来做，而专门设计一个Zygote？

我们知道，应用在启动的时候需要做很多准备工作，包括启动虚拟机，加载各类系统资源等等，这些都是非常耗时的，如果能在zygote里就给这些必要的初始化工作做好，子进程在fork的时候就能直接共享，那么这样的话效率就会非常高。这个就是zygote存在的价值，这一点呢SystemServer是替代不了的，主要是因为SystemServer里跑了一堆系统服务，这些是不能继承到应用进程的。而且我们应用进程在启动的时候，内存空间除了必要的资源外，最好是干干净净的，不要继承一堆乱七八糟的东西。所以呢，不如给SystemServer和应用进程里都要用到的资源抽出来单独放在一个进程里，也就是这的zygote进程，然后zygote进程再分别孵化出SystemServer进程和应用进程。孵化出来之后，SystemServer进程和应用进程就可以各干各的事了。
Zygote的IPC通信机制为什么不采用binder？如果采用binder的话会有什么问题么？

第一个原因，我们可以设想一下采用binder调用的话该怎么做，首先zygote要启用binder机制，需要打开binder驱动，获得一个描述符，再通过mmap进行内存映射，还要注册binder线程，这还不够，还要创建一个binder对象注册到serviceManager，另外AMS要向zygote发起创建应用进程请求的话，要先从serviceManager查询zygote的binder对象，然后再发起binder调用，这来来回回好几趟非常繁琐，相比之下，zygote和SystemServer进程本来就是父子关系，对于简单的消息通信，用管道或者socket非常方便省事。第二个原因，如果zygote启用binder机制，再fork出SystemServer，那么SystemServer就会继承了zygote的描述符以及映射的内存，这两个进程在binder驱动层就会共用一套数据结构，这显然是不行的，所以还得先给原来的旧的描述符关掉，再重新启用一遍binder机制，这个就是自找麻烦了。

在网上看到一个Zygote工作流程图，感觉描述的非常清晰，可以参考一下：

好了，关于Zygote的理解就到这里了，有什么不对的地方希望大家指正！共同进步！

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