Android Framework学习三：zygote剖析

在 Android 系统中，Zygote 是一个非常关键的进程，有 “App 孵化器” 之称 ，主要有以下特点和作用：
进程地位与创建
它是 Android 系统上所有应用进程的父进程 ，由 Linux 系统用户空间的第一个进程 ——init 进程，通过 fork 的方式创建。在一些双架构系统中，可能会创建 64 位和 32 位两个 Zygote 进程 ，现代部分设备（如 Pixel 7 及后续机型 ）存在 64 位 Zygote 进程 ，还有专门针对 WebView 的 WebView Zygote 。

Zygote工作内容

这是一张描述 Android 系统中 Zygote 进程启动流程的流程图

起始点

zygote 进程启动：Zygote 是 Android 系统中一个重要的进程，是所有 Java 应用程序进程的孵化器 ，它的启动是整个流程的开端。
随后进入app_main.cpp中的main()函数，这是 Zygote 进程在 C++ 层面启动的入口函数。

初始化步骤

1. 初始化 AndroidRuntime：在app_main.cpp的main()函数中，首先进行AndroidRuntime的初始化。AndroidRuntime类用于管理 Android 运行时环境相关的操作。
2. 设置 zygote 启动模式：通过strcmp(arg, “–zygote”)来判断并设置当前为 Zygote 启动模式。这一步确定了进程是以 Zygote 模式启动，后续的操作都基于此模式进行。
3. 给 start 函数的参数 args 赋值：通过args.add(String8(“start-system-server”)) 给start函数的参数args添加一个值 ，这个值用于指示后续启动过程中需要启动系统服务器（System Server）。

启动 ZygoteInit

AndroidRuntime::start函数：

1. runtime.start () 启动 ZygoteInit：调用runtime.start()函数来启动ZygoteInit。这是 Zygote 进程启动过程中的关键步骤，它会进一步调用一系列函数来完成虚拟机和 JNI 相关的初始化。

2. startVm () 创建虚拟机：runtime.start()内部首先调用startVm()函数，用于创建 Java 虚拟机（JVM）。这是为后续运行 Java 代码做准备，是 Zygote 进程能够执行 Java 程序的基础。
   
   

3. startReg () 注册 JNI 方法：接着调用startReg()函数，用于注册 JNI（Java Native Interface）方法。JNI 允许 Java 代码和本地 C/C++ 代码进行交互，注册这些方法后，Java 层就可以调用本地方法，本地方法也可以回调 Java 方法， 比如BitMap的创建最终调用的JNI方法。
   如gRegJNI保存有要注册的JNI方法：
   
   在startReg中把gRegJNI中JNI注册：
   

4. 使用 JNI 调用 ZygoteInit 的 main 函数，进入 java 世界：通过env->CallStaticVoidMethod()使用 JNI 调用ZygoteInit类的main函数，至此，程序流程从 C++ 层进入到 Java 层。
   

ZygoteInit.main () 函数内部操作

1. preload () 预加载信息：在ZygoteInit.main()函数中，首先调用preload()函数，预加载一些类、资源等信息。预加载可以提高后续应用程序启动的速度，因为一些常用的类和资源已经提前加载到内存中。
   
   

2. new ZygoteServer () 创建 zygote 的 socket 服务：创建ZygoteServer对象，该对象用于创建 Zygote 的 socket 服务。Zygote 通过这个 socket 服务来监听客户端请求，后续应用程序进程的创建请求就是通过这个 socket 来传递的。

3. r = forkSystemServer () fork 创建 systemserver 进程：通过forkSystemServer()函数使用fork系统调用创建SystemServer进程。SystemServer进程是 Android 系统中非常重要的一个进程，它负责启动和管理系统中的各种服务，如 ActivityManagerService、PackageManagerService 等。

4. r.run () 执行 systemserver 的 main 方法：在创建SystemServer进程后，调用r.run()来执行SystemServer进程的main方法，启动系统服务相关的逻辑。

5. zygoteServer.runSelectLoop()：最后调用zygoteServer.runSelectLoop()，Zygote 进入循环监听状态，等待客户端（通常是应用程序启动请求）的连接，一旦有请求到来，就会通过fork机制创建新的应用程序进程。

Zygote如何启动SystemServer

这是一张展示 Android 系统中 Zygote 进程创建 SystemServer 进程相关流程的时序图

参与的类和文件

• ZygoteInit：Java 类，在 Zygote 进程启动过程中起重要作用，负责协调 Java 层相关初始化工作。
• Zygote：Java 类，与 Zygote 进程功能紧密相关，包含一些关键的进程创建等逻辑。
• com_android_internal_os_Zygote：JNI 相关的 C++ 代码，用于实现 Java 层与本地代码的交互，这里主要涉及 Zygote 相关功能的本地实现。
• AndroidRuntime.cpp：C++ 文件，主要处理 Android 运行时环境相关操作，是连接 Java 层和底层系统的重要桥梁。
• App_main.cpp：C++ 文件，是 Zygote 进程在 C++ 层面启动的入口文件，包含main函数等关键启动逻辑。
• RuntimeInit：Java 类，负责运行时初始化相关工作。

流程步骤

1. 在 ZygoteInit 的 main 函数中发起创建 SystemServer 进程
   ZygoteInit的main函数首先调用forkSystemServer方法，这个方法定义在Zygote类中。
2. Zygote 类的 forkSystemServer 方法
   Zygote类的forkSystemServer方法调用com_android_internal_os_Zygote类的nativeForkSystemServer本地方法，通过 JNI 进入到本地 C++ 代码层。
3. 进入本地 C++ 代码的 ForkCommon
   nativeForkSystemServer方法调用ForkCommon中的fork()函数来创建进程。fork()是操作系统提供的系统调用，用于创建一个新进程，新进程是当前进程（Zygote 进程）的副本。
4. 当fork()调用成功后，会在子进程（即将成为 SystemServer 进程）和父进程（Zygote 进程）中分别返回，子进程继续后续 SystemServer 进程的初始化，父进程则继续 Zygote 进程的其他工作。

进程创建完成后的处理

1. 在 Zygote 进程这边，当收到 “进程创建完” 的通知后，调用handleSystemServerProcess方法，继续后续 Zygote 相关的处理逻辑。
2. 对于新创建的 SystemServer 进程，会进行一系列初始化操作：

• 首先调用nativeZygoteInit方法，这个方法在AndroidRuntime.cpp中实现，主要进行一些本地层面的初始化。
• 接着调用onZygoteInit方法，在App_main.cpp中实现，用于构建进程对应的 binder。Binder 是 Android 系统中进程间通信（IPC）的重要机制，通过构建 binder，SystemServer 进程可以与其他进程进行通信。
• 最后调用applicationInit方法，在RuntimeInit类中实现，构建一个反射调用main函数的runnable，为 SystemServer 进程后续执行其main函数逻辑做准备。
  

Framework学习之系列文章

Android Framework学习一：系统框架、启动过程
Android Framework学习二：Activity创建及View绘制流程
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作者：帅得不敢出门