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Android漫游记(6)---APP启动之旅（I）
Android基于Linux2.6+内核，我们看一张图，以对Android系统的架构有个感性的认识。
我们从Kernel层简单说明：
1、Kernel层：基于Linux2.6+内核，同时做了一些嵌入式环境做了一些针对性的优化调整。
2、Libraries层：包括Bionic C库，以及HAL（硬件驱动接口抽象）等API。
3、Android Runtime（ART）层：包含核心应用库和Dalvik虚拟机。
4、Application Framework层：纯JAVA的API框架，包括Activity Manager和Windows Manager等。
5、Application层：顾名思义，应用层，如预装的电话、短信，游戏APP等。
下面，我们首先看下一个典型的Android系统APP进程映像：
命令行输入PS，查看当前进程列表：
我们看看红圈标注的进程，其中10002为PID，137为父进程ID。
可以看到进程号137的进程即为神秘的“zygote”进程，而zygote的父进程为init进程。init进程为Android一切进程的祖先进程，而zygote则为APP应用的祖先进程。
至此，我们对Android的应用启动的初始过程有了一个大致的认识，下面，我们结合AOSP（Android Open Source Project）来做更深入的分析。
Android开源代码库：点击打开链接
首先我们从app_main.cpp开始（点击打开链接），这个就是/system/bin/app_process的C++源码，也就是所有APP的父进程。我们直接对照源码进程阅读，我添加了注释：
int main(int argc, char* const argv[])
{
if (prctl(PR_SET_NO_NEW_PRIVS, 1, 0, 0, 0) < 0) {
// Older kernels don't understand PR_SET_NO_NEW_PRIVS and return
// EINVAL. Don't die on such kernels.
if (errno != EINVAL) {
LOG_ALWAYS_FATAL("PR_SET_NO_NEW_PRIVS failed: %s", strerror(errno));
return 12;
}
}
AppRuntime runtime(argv[0], computeArgBlockSize(argc, argv));
// Process command line arguments
// ignore argv[0]
argc--;
argv++;
// Everything up to '--' or first non '-' arg goes to the vm.
//
// The first argument after the VM args is the "parent dir", which
// is currently unused.
//
// After the parent dir, we expect one or more the following internal
// arguments :
//
// --zygote : Start in zygote mode
// --start-system-server : Start the system server.
// --application : Start in application (stand alone, non zygote) mode.
// --nice-name : The nice name for this process.
//
// For non zygote starts, these arguments will be followed by
// the main class name. All remaining arguments are passed to
// the main method of this class.
//
// For zygote starts, all remaining arguments are passed to the zygote.
// main function.
int i = runtime.addVmArguments(argc, argv);
// Parse runtime arguments. Stop at first unrecognized option.
bool zygote = false;
bool startSystemServer = false;
bool application = false;
const char* niceName = NULL;
String8 className;
++i; // Skip unused "parent dir" argument.
while (i < argc) {
const char* arg = argv[i++];
/*******************
启动参数包含--zygote
niceName即进程名，在ARM32下，ZYGOTE_NICE_NAME = zygote（ARM64则为zygote64）
*******************/
if (strcmp(arg, "--zygote") == 0) {
zygote = true;
niceName = ZYGOTE_NICE_NAME;
}
/*******************
启动参数包含--start-system-server
置startSystemServer为true，以同时启动system-server
*******************/
else if (strcmp(arg, "--start-system-server") == 0) {
startSystemServer = true;
}
/*******************
启动参数包含--application
置application为true，传递参数给dalvik
*******************/
else if (strcmp(arg, "--application") == 0) {
application = true;
} else if (strncmp(arg, "--nice-name=", 12) == 0) {
niceName = arg + 12;
} else if (strncmp(arg, "--", 2) != 0) {
className.setTo(arg);
break;
} else {
--i;
break;
}
}
Vector<String8> args;
if (!className.isEmpty()) {
// We're not in zygote mode, the only argument we need to pass
// to RuntimeInit is the application argument.
//
// The Remainder of args get passed to startup class main(). Make
// copies of them before we overwrite them with the process name.
/*******************
非Zygote模式处理
*******************/
args.add(application ? String8("application") : String8("tool"));
runtime.setClassNameAndArgs(className, argc - i, argv + i);
} else {
// We're in zygote mode.
/*******************
Zygote模式启动处理
*******************/
maybeCreateDalvikCache();
if (startSystemServer) {
args.add(String8("start-system-server"));
}
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);
// In zygote mode, pass all remaining arguments to the zygote
// main() method.
for (; i < argc; ++i) {
args.add(String8(argv[i]));
}
}
if (niceName && *niceName) {
runtime.setArgv0(niceName);
set_process_name(niceName);
}
if (zygote) {
/*******************
Zygote Init，Dalvik启动
*******************/
runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args);
} else if (className) {
runtime.start("com.android.internal.os.RuntimeInit", args);
} 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;
}
}上面代码的几个关键地方，我都做了注释，我们看下Android根目录下的init.rc这个初始化脚本，可以找到如下的行：
其作用就是初始化zygote进程。
zygote启动过程可以大致描述如下：执行app_process，并修改进程名为zygote，同时根据传入的start-system-server参数，启动system-server服务，同时初始化dalvik虚拟机。我们看看AndroidRuntime这个类的源码（点击打开链接），其中start函数的作用有两个，一是启动dalvik VM，一是执行com.android.internal.os.ZygoteInit的main函数，并传递相关参数，实现zygote初始化工作。
我们再看看com.android.internal.os.ZygoteInit这个JAVA类的源码（点击打开链接），看看究竟都做了什么。
</pre></p><p style="text-align: left;"><pre name="code" class="java">public static void main(String argv[]) {
try {
// Start profiling the zygote initialization.
SamplingProfilerIntegration.start();
boolean startSystemServer = false;
String socketName = "zygote";
String abiList = null;
for (int i = 1; i < argv.length; i++) {
if ("start-system-server".equals(argv[i])) {
/*准备启动system_server*/
startSystemServer = 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)) {
/*Zygote监听的socketname，默认为/dev/socket/zygote */
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.");
}
/**注册socket*/
registerZygoteSocket(socketName);
EventLog.writeEvent(LOG_BOOT_PROGRESS_PRELOAD_START,
SystemClock.uptimeMillis());
preload();
EventLog.writeEvent(LOG_BOOT_PROGRESS_PRELOAD_END,
SystemClock.uptimeMillis());
// Finish profiling the zygote initialization.
SamplingProfilerIntegration.writeZygoteSnapshot();
// Do an initial gc to clean up after startup
gc();
// Disable tracing so that forked processes do not inherit stale tracing tags from
// Zygote.
Trace.setTracingEnabled(false);
if (startSystemServer) {
startSystemServer(abiList, socketName);
}
Log.i(TAG, "Accepting command socket connections");
runSelectLoop(abiList);
closeServerSocket();
} catch (MethodAndArgsCaller caller) {
caller.run();
} catch (RuntimeException ex) {
Log.e(TAG, "Zygote died with exception", ex);
closeServerSocket();
throw ex;
}
}ZygoteInit完成实际的system_server启动，同时初始化Zygote的socket监听（/dev/socket/zygote这个伪设备文件），至此终于完成了APP启动的所有准备工作，注意，这只是准备工作，真正的启动过程如下图：
1、Launcher（Android的“发射进程”，你能看到的桌面，应用列表等都是Launcher的内容）进程监听到应用启动事件，如你点击了APP图标；
2、通过Binder（Android跨进程通信框架IPC），跨进程通知Activity Manager服务来启动Activity。ActivityManager调用Zygote.forkAndSpecialize来fork一个新的APP子进程并返回PID，然后调用APP的启动Activity的OnStart和OnCreate方法，完成启动！
我们看看Fork这个函数(点击打开链接)：Fork的作用是“克隆”一个和当前进程结构一致的全新子进程（当然，并不是完整的照搬）！这是Android的一个聪明的做法，依据Linux的COW（Copy On Write）理论，新生成的进程会“共享”父进程的所有库链接信息，同时会加载自己应有特定的一些LIB，例如Bionic libc库是所有APP共享的，由于它是只读的，因此所有的APP共享一份“物理存储”的LIBC库，而不是每个APP一份拷贝。
我们看看Zygote进程的内存maps片段：
/system/lib下面的这些C库被所有APP进程共享，虽然在不同的APP进程中可能位于不同的虚拟地址，但“共享”一份物理存储！其他的APP启动后的内存映像都是从这个zygote完整“拷贝”过来的！
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