對於操做系統來講,進程管理是其最重要的職責之一。
考慮到這部分的內容較多,所以會拆分紅幾篇文章來說解。
本文是進程管理系統文章的第一篇,會講解Android系統中的進程建立。
本文適合Android平臺的應用程序開發者,也適合對於Android系統內部實現感興趣的讀者。html
Android系統以Linux內核爲基礎,因此對於進程的管理天然離不開Linux自己提供的機制。例如:java
經過fork來建立進行linux
經過信號量來管理進程android
經過proc文件系統來查詢和調整進程狀態
等ios
對於Android來講,進程管理的主要內容包括如下幾個部份內容:編程
進程的建立api
進程的優先級管理數組
進程的內存管理服務器
進程的回收和死亡處理微信
本文會專門講解進程的建立,其他部分將在後面的文章中講解。
爲了便於下文的講解,這裏先介紹一下Android系統中牽涉到進程建立的幾個主要模塊。
同時爲了便於讀者更詳細的瞭解這些模塊,這裏也同時提供了這些模塊的代碼路徑。
這裏提到的代碼路徑是指AOSP的源碼數中的路徑。
關於如何獲取AOSP源碼請參見這裏:Downloading the Source。
本文以Android N版本的代碼爲示例,所用到的Source Code Tags是:android-7.0.0_r1。
相關模塊:
app_process
代碼路徑:frameworks/base/cmds/app_process
說明:app_process是一個可執行程序,該程序的主要做用是啓動zygote
和system_server
進程。
Zygote
代碼路徑:frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
說明:zygote
進程是全部應用進程的父進程,這是系統中一個很是重要的進程,下文咱們會詳細講解。
ActivityManager
代碼路徑:frameworks/base/services/core/java/com/android/server/am/
說明:am是ActivityManager的縮寫。
這個目錄下的代碼負責了Android所有四大組件(Activity,Service,ContentProvider,BroadcastReceiver)的管理,而且還掌控了全部應用程序進程的建立和進程的優先級管理。
所以,這個部分的內容將是本系列文章講解的重點。
Android官方開發網站的這篇文章:Processes and Threads 很是好的介紹了Android系統中進程相關的一些基本概念和重要知識。
在閱讀下文以前,請務必將這篇文章瀏覽一遍。
在Android系統中,進程能夠大體分爲系統進程和應用進程兩大類。
系統進程是系統內置的(例如:init
,zygote
,system_server
進程),屬於操做系統必不可少的一部分。系統進程的做用在於:
管理硬件設備
提供訪問設備的基本能力
管理應用進程
應用進程是指應用程序運行的進程。這些應用程序多是系統出廠自帶的(例如Launcher,電話,短信等應用),也多是用戶本身安裝的(例如:微信,支付寶等)。
系統進程的數量一般是固定的(出廠或者系統升級以後就肯定了),而且系統進程一般是一直存活,常駐內存的。系統進程的異常退出將可能致使設備沒法正常使用。
而應用程序和應用進程在每一個人使用的設備上一般是各不同的。如何管理好這些不肯定的應用進程,就是操做系統自己要仔細考慮的內容。也是衡量一個操做系統好壞的標準之一。
在本文中,咱們會介紹init
,zygote
和system_server
三個系統進程。
除此以外,本系列文章將會把主要精力集中在講解Android系統如何管理應用進程上。
init進程是一切的開始,在Android系統中,全部進程的進程號都是不肯定的,惟獨init進程的進程號必定是1。
由於這個進程必定是系統起來的第一個進程。而且,init進程掌控了整個系統的啓動邏輯。
咱們知道,Android可能運行在各類不一樣的平臺,不一樣的設備上。所以,啓動的邏輯是不盡相同的。
爲了適應各類平臺和設備的需求,init進程的初始化工做經過init.rc
配置文件來管理。
你能夠在AOSP源碼的system/core/rootdir/
路徑找到這些配置文件。
配置文件的主入口文件是init.rc
,這個文件會經過import
引入其餘幾個文件。
在本文中,咱們統稱這些文件爲init.rc
。
init.rc經過Android Init Language來進行配置。
建議讀者大體閱讀一下其 語法說明 。
init.rc中配置了系統啓動的時候該作哪些事情,以及啓動哪些系統進程。
這其中有兩個特別重要的進程就是:zygote和system_server進程。
zygote的中文意思是「受精卵「。這是一個頗有寓意的名稱:全部的應用進程都是由zygote
fork出來的子進程,所以zygote進程是全部應用進程的父進程。
system_server 這個進程正如其名稱同樣,這是一個系統服務器。Framework層的幾乎全部服務都位於這個進程中。這其中就包括管理四大組件的ActivityManagerService
。
init.rc文件會根據平臺不同,選擇下面幾個文件中的一個來啓動zygote進程:
init.zygote32.rc
init.zygote32_64.rc
init.zygote64.rc
init.zygote64_32.rc
這幾個文件的內容是大體一致的,僅僅是爲了避免同平臺服務的。這裏咱們以init.zygote32.rc的文件爲例,來看看其中的內容:
service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server class main socket zygote stream 660 root system onrestart write /sys/android_power/request_state wake onrestart write /sys/power/state on onrestart restart audioserver onrestart restart cameraserver onrestart restart media onrestart restart netd writepid /dev/cpuset/foreground/tasks /dev/stune/foreground/tasks
在這段配置文件中(若是你不明白這段配置的含義,請閱讀一下文檔:Android Init Language),啓動了一個名稱叫作zygote
的服務進程。這個進程是經過/system/bin/app_process
這個可執行程序建立的。
而且在啓動這個可執行程序的時候,傳遞了`-Xzygote /system/bin --zygote --start-system-server
class main` 這些參數。
要知道這裏到底作了什麼,咱們須要看一下app_process的源碼。
app_process的源碼在這個路徑:frameworks/base/cmds/app_process/app_main.cpp
。
這個文件的main函數的有以下代碼:
int main(int argc, char* const argv[]) { ... while (i < argc) { const char* arg = argv[i++]; if (strcmp(arg, "--zygote") == 0) { zygote = true; niceName = ZYGOTE_NICE_NAME; } else if (strcmp(arg, "--start-system-server") == 0) { startSystemServer = true; ... } ... if (!className.isEmpty()) { ... } else { ... if (startSystemServer) { args.add(String8("start-system-server")); } } ... if (zygote) { runtime.start("com.android.internal.os.ZygoteInit", args, zygote); } else if (className) { runtime.start("com.android.internal.os.RuntimeInit", args, zygote); } 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; } }
這裏會判斷,
若是執行這個命令時帶了--zygote
參數,就會經過runtime.start
啓動com.android.internal.os.ZygoteInit
。
若是參數中帶有--start-system-server
參數,就會將start-system-server
添加到args中。
這段代碼是C++實現的。在執行這段代碼的時候尚未任何Java的環境。而runtime.start
就是啓動Java虛擬機,並在虛擬機中啓動指定的類。因而接下來的邏輯就在ZygoteInit.java中了。
這個文件的main
函數主要代碼以下:
public static void main(String argv[]) { ... try { ... boolean startSystemServer = false; String socketName = "zygote"; String abiList = null; for (int i = 1; i < argv.length; i++) { if ("start-system-server".equals(argv[i])) { startSystemServer = true; } else if (argv[i].startsWith(ABI_LIST_ARG)) { ... } } ... registerZygoteSocket(socketName); ... preload(); ... Zygote.nativeUnmountStorageOnInit(); ZygoteHooks.stopZygoteNoThreadCreation(); 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; } }
在這段代碼中,咱們主要關注以下幾行:
經過 registerZygoteSocket(socketName);
註冊Zygote Socket
經過 preload();
預先加載全部應用都須要的公共資源
經過 startSystemServer(abiList, socketName);
啓動system_server
經過 runSelectLoop(abiList);
在Looper上等待鏈接
這裏須要說明的是:zygote進程啓動以後,會啓動一個socket套接字,並經過Looper一直在這個套接字上等待鏈接。
全部應用進程都是經過發送數據到這個套接字上,而後由zygote進程建立的。
這裏還有一點說明的是:
在Zygote進程中,會經過preload
函數加載須要應用程序都須要的公共資源。
預先加載這些公共資源有以下兩個好處:
加快應用的啓動速度 由於這些資源已經在zygote進程啓動的時候加載好了
經過共享的方式節省內存 這是Linux自己提供的機制:父進程已經加載的內容能夠在子進程中進行共享,而不用多份數據拷貝(除非子進程對這些數據進行了修改。)
preload的資源主要是Framework相關的一些基礎類和Resource資源,而這些資源正是全部應用都須要的:
開發者經過Android SDK開發應用所調用的API實現都在Framework中。
static void preload() { Log.d(TAG, "begin preload"); Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_DALVIK, "BeginIcuCachePinning"); beginIcuCachePinning(); Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_DALVIK); Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_DALVIK, "PreloadClasses"); preloadClasses(); Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_DALVIK); Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_DALVIK, "PreloadResources"); preloadResources(); Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_DALVIK); Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_DALVIK, "PreloadOpenGL"); preloadOpenGL(); Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_DALVIK); preloadSharedLibraries(); preloadTextResources(); WebViewFactory.prepareWebViewInZygote(); endIcuCachePinning(); warmUpJcaProviders(); Log.d(TAG, "end preload"); }
上文已經提到,zygote進程起來以後會根據須要啓動system_server
進程。
system_server
進程中包含了大量的系統服務。例如:
負責網絡管理的NetworkManagementService
負責窗口管理的WindowManagerService
負責震動管理的VibratorService
負責輸入管理的InputManagerService
等等。關於system_server,咱們從此會其餘的文章中專門講解,這裏不作過多說明。
在本文中,咱們只關注system_server
中的ActivityManagerService
這個系統服務。
上文中提到:zygote進程在啓動以後會啓動一個socket,而後一直在這個socket等待鏈接。
而會鏈接它的就是ActivityManagerService
。由於ActivityManagerService
掌控了全部應用進程的建立。
全部應用程序的進程都是由ActivityManagerService
經過socket發送請求給Zygote
進程,而後由zygote fork建立的。ActivityManagerService
經過Process.start
方法來請求zygote
建立進程:
public static final ProcessStartResult start(final String processClass, final String niceName, int uid, int gid, int[] gids, int debugFlags, int mountExternal, int targetSdkVersion, String seInfo, String abi, String instructionSet, String appDataDir, String[] zygoteArgs) { try { return startViaZygote(processClass, niceName, uid, gid, gids, debugFlags, mountExternal, targetSdkVersion, seInfo, abi, instructionSet, appDataDir, zygoteArgs); } catch (ZygoteStartFailedEx ex) { Log.e(LOG_TAG, "Starting VM process through Zygote failed"); throw new RuntimeException( "Starting VM process through Zygote failed", ex); } }
這個函數會將啓動進程所須要的參數組裝好,並經過socket發送給zygote進程。而後zygote進程根據發送過來的參數將進程fork出來。
在ActivityManagerService
中,調用Process.start的地方是下面這個方法:
private final void startProcessLocked(ProcessRecord app, String hostingType, String hostingNameStr, String abiOverride, String entryPoint, String[] entryPointArgs) { ... Process.ProcessStartResult startResult = Process.start(entryPoint, app.processName, uid, uid, gids, debugFlags, mountExternal, app.info.targetSdkVersion, app.info.seinfo, requiredAbi, instructionSet, app.info.dataDir, entryPointArgs); ... }
下文中咱們會看到,全部四大組件進程的建立,都是調用這裏的startProcessLocked
這個方法而建立的。
對於每個應用進程,在ActivityManagerService
中,都有一個ProcessRecord
與之對應。這個對象記錄了應用進程的全部詳細狀態。
PS:對於ProcessRecord
的內部結構,在下一篇文章中,咱們會講解。
爲了查找方便,對於每一個ProcessRecord
會存在下面兩個集合中。
按名稱和uid組織的集合:
/** * All of the applications we currently have running organized by name. * The keys are strings of the application package name (as * returned by the package manager), and the keys are ApplicationRecord * objects. */ final ProcessMap<ProcessRecord> mProcessNames = new ProcessMap<ProcessRecord>();
按pid組織的集合:
/** * All of the processes we currently have running organized by pid. * The keys are the pid running the application. * * <p>NOTE: This object is protected by its own lock, NOT the global * activity manager lock! */ final SparseArray<ProcessRecord> mPidsSelfLocked = new SparseArray<ProcessRecord>();
下面這幅圖小節了上文的這些內容:
<img src="http://qiangbo-workspace.oss-... width="600">
Processes and Threads 提到:
「當某個應用組件啓動且該應用沒有運行其餘任何組件時,Android 系統會使用單個執行線程爲應用啓動新的 Linux 進程。」
所以,四大組件中的任何一個先起來都會致使應用進程的建立。下文咱們就詳細看一下,它們啓動時,各自是如何致使應用進程的建立的。
PS:四大組件的管理自己又是一個比較大的話題,限於篇幅關係,這裏不會很是深刻的講解,這裏主要是講解四大組件與進程建立的關係。
在應用程序中,開發者經過:
startActivity(Intent intent)
來啓動Activity
startService(Intent service)
來啓動Service
sendBroadcast(Intent intent)
來發送廣播
ContentResolver
中的接口來使用ContentProvider
這其中,startActivity
,startService
和sendBroadcast
還有一些重載方法。
其實這裏提到的全部這些方法,最終都是經過Binder調用到ActivityManagerService中,由其進行處理的。
這裏特別說明一下:應用進程和ActivityManagerService
所在進程(即system_server
進程)是相互獨立的,兩個進程之間的方法一般是不能直接互相調用的。
而Android系統中,專門提供了Binder框架來提供進程間通信和方法調用的能力。
調用關係以下圖所示:
<img src="http://qiangbo-workspace.oss-... width="600" >
在ActivityManagerService中,對每個運行中的Activity都有一個ActivityRecord
對象與之對應,這個對象記錄Activity的詳細狀態。
ActivityManagerService中的startActivity
方法接受Context.startActivity
的請求,該方法代碼以下:
@Override public final int startActivity(IApplicationThread caller, String callingPackage, Intent intent, String resolvedType, IBinder resultTo, String resultWho, int requestCode, int startFlags, ProfilerInfo profilerInfo, Bundle bOptions) { return startActivityAsUser(caller, callingPackage, intent, resolvedType, resultTo, resultWho, requestCode, startFlags, profilerInfo, bOptions, UserHandle.getCallingUserId()); }
Activity的啓動是一個很是複雜的過程。這裏咱們簡單介紹一下背景知識:
ActivityManagerService中經過Stack和Task來管理Activity
每個Activity都屬於一個Task,一個Task可能包含多個Activity。一個Stack包含多個Task
ActivityStackSupervisor類負責管理全部的Stack
Activity的啓動過程會牽涉到:
Intent的解析
Stack,Task的查詢或建立
Activity進程的建立
Activity窗口的建立
Activity的生命週期調度
Activity的管理結構以下圖所示:
<img src="http://qiangbo-workspace.oss-... width="500">
在Activity啓動的最後,會將前一個Activity pause,將新啓動的Activity resume以便被用戶看到。
在這個時候,若是發現新啓動的Activity進程尚未啓動,則會經過startSpecificActivityLocked
將其啓動。整個調用流程以下:
ActivityManagerService.activityPaused
=>
ActivityStack.activityPausedLocked
=>
ActivityStack.completePauseLocked
=>
ActivityStackSupervisor.ensureActivitiesVisibleLocked
=>
ActivityStack.makeVisibleAndRestartIfNeeded
=>
ActivityStackSupervisor.startSpecificActivityLocked
=>
ActivityManagerService.startProcessLocked
ActivityStackSupervisor.startSpecificActivityLocked
關鍵代碼以下:
void startSpecificActivityLocked(ActivityRecord r, boolean andResume, boolean checkConfig) { // Is this activity's application already running? ProcessRecord app = mService.getProcessRecordLocked(r.processName, r.info.applicationInfo.uid, true); r.task.stack.setLaunchTime(r); if (app != null && app.thread != null) { ... } mService.startProcessLocked(r.processName, r.info.applicationInfo, true, 0, "activity", r.intent.getComponent(), false, false, true); }
這裏的ProcessRecord app
描述了Activity所在進程。
Service的啓動相對於Activity來講要簡單一些。
在ActivityManagerService中,對每個運行中的Service都有一個ServiceRecord
對象與之對應,這個對象記錄Service的詳細狀態。
ActivityManagerService中的startService
方法處理Context.startService
API的請求,相關代碼:
@Override public ComponentName startService(IApplicationThread caller, Intent service, String resolvedType, String callingPackage, int userId) throws TransactionTooLargeException { ... synchronized(this) { final int callingPid = Binder.getCallingPid(); final int callingUid = Binder.getCallingUid(); final long origId = Binder.clearCallingIdentity(); ComponentName res = mServices.startServiceLocked(caller, service, resolvedType, callingPid, callingUid, callingPackage, userId); Binder.restoreCallingIdentity(origId); return res; } }
這段代碼中的mServices
對象是ActiveServices
類型的,這個類專門負責管理活動的Service。
啓動Service的調用流程以下:
ActivityManagerService.startService
=>
ActiveServices.startServiceLocked
=>
ActiveServices.startServiceInnerLocked
=>
ActiveServices.bringUpServiceLocked
=>
ActivityManagerService.startProcessLocked
ActiveServices.bringUpServiceLocked
會判斷若是Service所在進程尚未啓動,
則經過ActivityManagerService.startProcessLocked
將其啓動。相關代碼以下:
// Not running -- get it started, and enqueue this service record // to be executed when the app comes up. if (app == null && !permissionsReviewRequired) { if ((app=mAm.startProcessLocked(procName, r.appInfo, true, intentFlags, "service", r.name, false, isolated, false)) == null) { String msg = "Unable to launch app " + r.appInfo.packageName + "/" + r.appInfo.uid + " for service " + r.intent.getIntent() + ": process is bad"; Slog.w(TAG, msg); bringDownServiceLocked(r); return msg; } if (isolated) { r.isolatedProc = app; } }
這裏的mAm
就是ActivityManagerService。
在ActivityManagerService中,對每個運行中的ContentProvider都有一個ContentProviderRecord
對象與之對應,這個對象記錄ContentProvider的詳細狀態。
開發者經過ContentResolver中的insert
, delete
, update
, query
這些API來使用ContentProvider。在ContentResolver的實現中,不管使用這裏的哪一個接口,ContentResolver都會先經過acquireProvider
這個方法來獲取到一個類型爲IContentProvider
的遠程接口。這個遠程接口對接了ContentProvider的實現提供方。
同一個ContentProvider可能同時被多個模塊使用,而調用ContentResolver接口的進程只是ContentProvider的一個客戶端而已,真正的ContentProvider提供方是運行自身的進程中的,兩個進程的通信須要經過Binder的遠程接口形式來調用。以下圖所示:
<img src="http://qiangbo-workspace.oss-... width="500">
ContentResolver.acquireProvider
最終會調用到ActivityManagerService.getContentProvider
中,該方法代碼以下:
@Override public final ContentProviderHolder getContentProvider( IApplicationThread caller, String name, int userId, boolean stable) { enforceNotIsolatedCaller("getContentProvider"); if (caller == null) { String msg = "null IApplicationThread when getting content provider " + name; Slog.w(TAG, msg); throw new SecurityException(msg); } // The incoming user check is now handled in checkContentProviderPermissionLocked() to deal // with cross-user grant. return getContentProviderImpl(caller, name, null, stable, userId); }
而在getContentProviderImpl
這個方法中,會判斷對應的ContentProvider進程有沒有啓動,
若是沒有,則經過startProcessLocked
方法將其啓動。
開發者經過Context.sendBroadcast
接口來發送廣播。ActivityManagerService.broadcastIntent
方法了對應廣播發送的處理。
廣播是一種一對多的消息形式,廣播接受者的數量是不肯定的。所以發送廣播自己多是一個很耗時的過程(由於要逐個通知)。
在ActivityManagerService內部,是經過隊列的形式來管理廣播的:
BroadcastQueue
描述了一個廣播隊列
BroadcastRecord
描述了一個廣播事件
在ActivityManagerService
中,若是收到了一個發送廣播的請求,會先建立一個BroadcastRecord
接着將其放入BroadcastQueue
中。
而後通知隊列本身去處理這個廣播。而後ActivityManagerService
本身就能夠繼續處理其餘請求了。
廣播隊列自己是在另一個線程處理廣播的發送的,這樣保證的ActivityManagerService
主線程的負載不會過重。
在BroadcastQueue.processNextBroadcast(boolean fromMsg)
方法中真正實現了通知廣播事件到接受者的邏輯。在這個方法,若是發現接受者(即BrodcastReceiver)尚未啓動,便會經過ActivityManagerService.startProcessLocked
方法將其啓動。相關以下所示:
final void processNextBroadcast(boolean fromMsg) { ... // Hard case: need to instantiate the receiver, possibly // starting its application process to host it. ResolveInfo info = (ResolveInfo)nextReceiver; ComponentName component = new ComponentName( info.activityInfo.applicationInfo.packageName, info.activityInfo.name); ... // Not running -- get it started, to be executed when the app comes up. if (DEBUG_BROADCAST) Slog.v(TAG_BROADCAST, "Need to start app [" + mQueueName + "] " + targetProcess + " for broadcast " + r); if ((r.curApp=mService.startProcessLocked(targetProcess, info.activityInfo.applicationInfo, true, r.intent.getFlags() | Intent.FLAG_FROM_BACKGROUND, "broadcast", r.curComponent, (r.intent.getFlags()&Intent.FLAG_RECEIVER_BOOT_UPGRADE) != 0, false, false)) == null) { // Ah, this recipient is unavailable. Finish it if necessary, // and mark the broadcast record as ready for the next. Slog.w(TAG, "Unable to launch app " + info.activityInfo.applicationInfo.packageName + "/" + info.activityInfo.applicationInfo.uid + " for broadcast " + r.intent + ": process is bad"); logBroadcastReceiverDiscardLocked(r); finishReceiverLocked(r, r.resultCode, r.resultData, r.resultExtras, r.resultAbort, false); scheduleBroadcastsLocked(); r.state = BroadcastRecord.IDLE; return; } mPendingBroadcast = r; mPendingBroadcastRecvIndex = recIdx; } }
至此,四大組件的啓動就已經分析完了。
進程管理自己是一個很是大的話題,本文講解了Android系統中進程建立的相關內容。
進程啓動以後該如何管理就是下一篇文章要講解的內容了。
敬請期待。